武少鵬

(潞安化工集團(tuán) 安全管理部,山西 長(zhǎng)治 046204)

為有效解決“三下”(建筑物下、路下、水體下)壓煤,G煤礦預(yù)采用綜采工作面采空區(qū)膏體充填方式進(jìn)行煤炭開采,鑒于該礦煤層厚6.3 m,因此考慮分層(分兩層)進(jìn)行充填開采,即分頂分層和底分層,并且采用下行方式開采,先采上分層,后采下分層。為了底分層開采能夠利用頂分層工作面的巷道,因此頂分層回采期間需要將巷道進(jìn)行沿空留巷。

所謂綜采工作面采空區(qū)高效膏體充填,就是取消隔離班和凝固班,實(shí)現(xiàn)“采煤—充填”二班一循環(huán)充填采煤工藝。需要兩項(xiàng)技術(shù)支撐才能實(shí)現(xiàn):一是必須裝備具有高效隔離功能的充填液壓支架,保證在2 h內(nèi)完成隔離,具備充填條件,充填面每次采煤進(jìn)尺達(dá)到充填步距以后,需要沿工作支架后方全部長(zhǎng)度作隔離墻,并在端頭和端尾做縱向隔離墻,使液壓支架后方形成一個(gè)封閉長(zhǎng)條形,進(jìn)而對(duì)膏體充填;二是必須裝備添加速凝劑子系統(tǒng),保證膏體充填采空區(qū)能夠在2 h內(nèi)凝固,并達(dá)到自穩(wěn)和承擔(dān)2～3 m直接頂巖石重量的強(qiáng)度要求。

鑒于以上原因,綜采工作面采空區(qū)高效膏體充填可行與否的關(guān)鍵在于充填液壓支架,因此對(duì)充填液壓支架的結(jié)構(gòu)研究至關(guān)重要。

1 充填液壓支架的功能

G煤礦結(jié)合實(shí)際開采條件,確定在E1306頂分層采用綜采工作面采空區(qū)高效膏體充填開采技術(shù),充填液壓支架需具備以下功能:

1) 對(duì)工作面割煤空間支護(hù):及時(shí)支護(hù)頂板,有效護(hù)幫。

2) 對(duì)工作面鋪網(wǎng):要求充填支架裝備適當(dāng)?shù)木W(wǎng)卷等輔助鋪網(wǎng)機(jī)構(gòu),提高鋪網(wǎng)速度。

3) 對(duì)待充填區(qū)支護(hù):每割1刀煤待充填區(qū)即能及時(shí)有效支護(hù);隔離不降架、不影響支護(hù);為充填區(qū)工人完成必要工作創(chuàng)造安全空間,提供必要的臨時(shí)支護(hù)措施。

4) 隔離功能:能夠在2 h內(nèi)快速完成隔離,隔離輔助材料和輔助工作量少;隔離過程中待充填區(qū)不需要臨時(shí)點(diǎn)柱;頂、底和煤幫密封柔性材料固定在支架隔離板上,重復(fù)使用,一般不需要手工填塞草苫等。

2 充填液壓支架設(shè)計(jì)方案

2.1 旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式充填液壓支架方案

旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式充填液壓支架前梁為鉸接式,并帶伸縮式前伸梁,保證支架及時(shí)支護(hù)[1](見圖1),具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

圖1 旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式充填液壓支架示意

1) 帶護(hù)幫板機(jī)構(gòu),能夠有效護(hù)幫。

2) 支架主體為帶四連桿機(jī)構(gòu)的四柱支撐式結(jié)構(gòu),保證支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,具備良好抗水平力功能,能夠有效控制端面空頂距。

3) 后尾梁為兩級(jí)旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu),能夠及時(shí)支護(hù)待充填區(qū)頂板。

4) 隔離板固定在短底座上,該短底座與主底座鉸接,隔離板上下伸縮以適應(yīng)不同充填高度需要,柔性條固定在隔離板上下端頭。

充填支架隔離的過程是:平時(shí)短底座在千斤頂作用下向采煤區(qū)旋轉(zhuǎn)一定角度,使短底座后端離開底板,避免隔離板下端頭柔性條在移架過程中刮壞;隔離時(shí),由隔離板里向外掛塑料布,塑料布高度大于采高,富裕部分要搭過隔離板上下端頭,通過柔性條將塑料布?jí)鹤?以支架底座與底板之間的縫隙;在底板隔離好以后,隔離板向上伸縮,使上端頭通過柔性條把塑料布與頂板貼緊,封閉隔離板與頂板之間的縫隙;工作面支架之間、隔離板上下結(jié)構(gòu)縫隙都要用塑料布封閉,從而在待充填區(qū)形成密閉隔離墻。

2.2 伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式充填液壓支架方案

伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式充填液壓支架具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(圖2):

圖2 伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式充填液壓支架示意

1) 前梁部分與旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式基本相同,即為鉸接式,并帶伸縮式前伸梁,保證支架及時(shí)支護(hù),且有護(hù)幫板機(jī)構(gòu),能夠有效護(hù)幫。

2) 支架基本頂梁為前后兩部分鉸接而成,基本前梁與2根前排支柱、四連桿機(jī)構(gòu)和底座組成穩(wěn)定結(jié)構(gòu),保證支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,具備良好抗水平力功能,能夠有效控制端面空頂距[2];基本后梁主要依靠2根后排立柱支撐工作面后部頂板,包括待充填區(qū)支護(hù),基本前后梁之間的水平千斤頂,有效控制基本后梁和后排立柱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3) 隔離板通過滑動(dòng)鉸與支架底座上的隔離支承機(jī)構(gòu)連接,隔離板為上下、左右伸縮式。

4) 設(shè)計(jì)柔性條重復(fù)使用,伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式充填液壓支架的柔性條不固定在隔離板上下端頭,而是分別有一定拉緊度和活動(dòng)度的鋼絲或者鏈條將其分別固定在底座后端和基本后梁后端,需要隔離時(shí)隔離板能夠頂住上下柔性條。

5) 伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式充填液壓支架的隔離過程與旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式類似,首先用隔離布包裹住隔離板后面,隔離布搭過隔離板上端和下端,然后伸出隔離板,隔離板伸出過程中,在滑動(dòng)鉸機(jī)構(gòu)作用下,先是隔離板下端頭帶動(dòng)固定在底座上的柔性條壓緊底板,最后是隔離板上端帶動(dòng)固定在基本后梁后端的柔性條壓緊頂板,完成頂?shù)装蹇p隙的封閉;工作面支架之間、隔離板上下結(jié)構(gòu)縫隙仍然都用隔離布封閉,從而在待充填區(qū)形成密閉隔離墻。

2.3 方案對(duì)比

對(duì)比上述兩個(gè)支架設(shè)計(jì)方案,可以看出,二者都具備高效隔離膏體充填支架所需要的功能,主要區(qū)別是:

1) 伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式對(duì)待充填區(qū)支護(hù)強(qiáng)度更大,旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式后旋轉(zhuǎn)尾梁受結(jié)構(gòu)限制旋轉(zhuǎn)力臂長(zhǎng)度較短,對(duì)待充填區(qū)頂板支護(hù)強(qiáng)度較小。

2) 旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式待充填區(qū)支護(hù)收回時(shí)需要旋轉(zhuǎn),占用高度大,需要隔離板向后傾斜讓出一定空間,這樣頂和底隔離都要在待充填區(qū)支護(hù)收回后完成,隔離工作難以提前安排;而伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式待充填區(qū)支護(hù)為伸縮梁結(jié)構(gòu),占用高度小,伸縮梁收回前可以先做好底板隔離,這在采煤班最后一刀煤割后可追機(jī)完成,伸縮梁收回后只需要做頂隔離。

3) 旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式液壓支架柔性條包裹在隔離布內(nèi),隔離布只能選柔軟布料;伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式液壓支架柔性條在隔離布外面,隔離布選材不受限制,有條件實(shí)現(xiàn)隔離布重復(fù)利用,可以進(jìn)一步加快隔離速度和降低隔離材料費(fèi)用。

4) 伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式液壓支架隔離板在上下端頭設(shè)立左右伸縮機(jī)構(gòu),圖3是三架支架隔離板排在一起的情況,隔離板上下的伸縮機(jī)構(gòu)高度小,容易保證架間側(cè)面搭接效果,形成對(duì)頂、底密封的柔性條連續(xù)擠壓,防漏無死角。

圖3 伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式液壓支架隔離板后視示意

綜上所述,伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式液壓支架更具優(yōu)越性。

3 充填支架機(jī)械化鋪頂網(wǎng)功能

根據(jù)現(xiàn)行綜采工作面停采前鋪頂網(wǎng)經(jīng)驗(yàn),如果是手工鋪頂網(wǎng),工作量大,占用人員多,并且為了鋪網(wǎng)人員安全,只能在采煤機(jī)和前刮板輸送機(jī)停止工作條件下進(jìn)行,鋪網(wǎng)工作嚴(yán)重影響采煤面生產(chǎn),在“三采一準(zhǔn)”條件下每天割煤4刀都非常緊張。如果仍然采用人工鋪頂網(wǎng),實(shí)行“二采二充”,采煤班6 h難以完成割煤2刀的設(shè)計(jì)任務(wù),所以,必須考慮具備機(jī)械化鋪頂網(wǎng)功能的充填支架。

現(xiàn)行液壓支架自動(dòng)鋪網(wǎng)技術(shù),一般采用網(wǎng)卷和聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪網(wǎng)和聯(lián)網(wǎng),通常鋪底網(wǎng)為下分層假頂創(chuàng)造條件。按照聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)設(shè)置位置分為前鋪網(wǎng)支架和后鋪網(wǎng)支架兩種類型,所謂前鋪網(wǎng)支架就是聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)設(shè)在底座之前的支架,后鋪網(wǎng)支架則是聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)設(shè)在底座之后的支架[3]。

頂分層膏體充填鋪網(wǎng)的目的是為了保證頂板煤巖穩(wěn)定不漏頂,必須鋪頂網(wǎng),自動(dòng)鋪頂網(wǎng)的網(wǎng)卷和聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)可以借鑒現(xiàn)有自動(dòng)鋪底網(wǎng)技術(shù),初步考慮采用主副架配合,金屬網(wǎng)兩側(cè)帶網(wǎng)鉤,網(wǎng)寬適當(dāng)大于架寬,主、副架網(wǎng)卷錯(cuò)開布置,使其在移架過程中相互不干擾,主、副架再按順序伸出前伸縮梁,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)片之間搭接,然后按順序移架,移到位以后升架過程中利用支架前鉸接頂梁壓倒網(wǎng)鉤達(dá)到聯(lián)網(wǎng)目的。

4 結(jié) 語

1) 伸縮尾梁結(jié)構(gòu)式液壓支架與旋轉(zhuǎn)尾梁結(jié)構(gòu)式液壓支架相比,具有充填空間大、待充區(qū)支護(hù)強(qiáng)度高、隔離速度快、隔離費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

2) 充填支架機(jī)械化鋪頂網(wǎng)采用主副架配合,金屬網(wǎng)兩側(cè)帶網(wǎng)鉤,網(wǎng)寬適當(dāng)大于架寬,主架、副架網(wǎng)卷錯(cuò)開布置,使其在移架過程中相互不干擾,主、副架再按順序伸出前伸縮梁,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)片之間搭接,然后再按順序移架,移到位以后升架過程中利用支架前鉸接頂梁壓倒網(wǎng)鉤達(dá)到聯(lián)網(wǎng)目的。