田省強,陳亞鵬,閆磊
(1.陜西彬長胡家河礦業(yè)有限公司,陜西 咸陽 713500;2.西安重裝銅川煤礦機械有限公司,陜西 銅川 727031)
隨著綜采工作面高產(chǎn)高效,綜采設(shè)備的機械化、自動化、智能化的不斷提升,通風,運輸和開采工藝的要求,工作面的運輸巷、回風巷道的斷面尺寸越來越大,隨著高效開采,增加了對煤巖的急劇破壞。沖擊地壓是綜采工作面推進開采過程中遇到最嚴重的災害之一,經(jīng)常發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象,從而造成嚴重的安全事故。在工作面兩巷發(fā)生沖擊地壓時,圍巖遭到瞬時破壞,垮落,同時伴隨有劇烈的震動和聲響,經(jīng)常會引起巷道底臌、冒頂、片幫,嚴重時會造成巷道完全閉合,出現(xiàn)人員傷亡事故。
以彬長集團胡家河礦業(yè)有限公司401106 工作面的調(diào)研與考察,設(shè)計走向長度約2604m,可開采長度約2349m(平距),傾向長200m,厚度12.8 ~27m,煤層平均厚度約23m,總體趨勢從工作面南西側(cè)向北東側(cè)煤層底板逐步升高,最高處為切眼附近。煤層結(jié)構(gòu)簡單,一般只有1 ~2 層夾矸。其頂板巖性以灰~深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主,底板則以黑色炭質(zhì)泥巖為主。
(1)根據(jù)煤礦安全規(guī)程以及煤礦安監(jiān)局對于綜采放頂煤工作面或具有中等及以上沖擊危險區(qū)域超前支護范圍不得小于120m。彬長胡家河礦井超前支護長度為200m,采用兩組防沖超前支架及55組防沖單元支架組成。其中兩組防沖超前支架整體布置圖2 如下。
(2)胡家河礦業(yè)有限公司401106 工作面圖1 巷道斷面尺寸長×寬為5600mm×3700mm,為實現(xiàn)全斷面支護,防沖超前支架采用兩架一組,整體采用左右雙四連桿穩(wěn)定機構(gòu),立柱與四連桿采用交錯布置,底座采用整體底座,中間設(shè)置有人行通道。頂梁采用整體結(jié)構(gòu),頂梁前端和側(cè)面設(shè)置有護幫板,立柱底部增加了吸能裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)巷道支護及吸能防沖作用,提高了支架的穩(wěn)定性及適應性。如圖3。
圖1 巷道斷面圖
圖2 防沖超前支架巷道布置圖
圖3 吸能防沖超前支架示意圖
(3)根據(jù)調(diào)研結(jié)果,明確了抗沖擊方式以加大工作阻力剛性防沖、采用高強板焊接箱體等加強支護,支護強度增大,可以大幅度減少運輸巷、回風巷道在沖擊載荷作用下的巷道收斂變形,支護強度不小于0.7MPa。
(4)在常規(guī)支護構(gòu)件中增加阻尼或吸能裝置來緩沖巷道沖擊載荷,能夠?qū)崿F(xiàn)快速吸收、抵御巷道受沖擊載荷所釋放的能量。
(5)設(shè)計多級多個不同流量的安全閥實現(xiàn)快速響應泄壓。
(1)根據(jù)礦井實際地質(zhì)條件,對比周邊礦區(qū)總結(jié)經(jīng)驗,提高防沖超前支架組的工作阻力,為巷道支護提供足夠的支護強度,一組超前工作阻力為2×13000kN,共布置兩組。
(2)引進北京城田吸能立柱技術(shù)共同研制讓位吸能防沖立柱并應用到超前支架中,立柱底部增加吸能裝置來緩沖巷道沖擊載荷,如圖3 中的序號1。采用誘導式預折疊構(gòu)件,用于在沖擊地壓發(fā)生時實現(xiàn)支架的讓位阻力、讓位位移、讓位速度、讓位頻率、讓位剛度、讓位能量的可變功能,吸能立柱具體參數(shù)如表1 所示。
表1 吸能立柱技術(shù)參數(shù)
(3)采用多級大小流量安全閥作為卸壓裝置,每根立柱下腔設(shè)置有3 個安全閥,保證在受沖擊發(fā)生時能夠打開多通道進行泄壓。分別采用2 個FATA1000/50 和1 個FATA160/50 的安全閥,如圖4 中的序號2、3、4。
圖4 吸能立柱示意圖
巷道超前支架移動過程過程包括升前架立柱、降前架立柱、推前架、升前架立柱、降后架柱、拉后架、升后立柱等7 個動作,7 個基本動作均由乳化液泵站提供動力通過液壓缸往復運動完成,具體過程如下。
第一步:升前架立柱。當支架需要上升到支護狀態(tài)時,由液壓系統(tǒng)控制操縱閥完成4 根立柱上升到頂梁與頂板充分接頂,達到初撐力階段。如圖5a)。
圖5
第二步:降前架立柱。當支架前架需要前移時,由液壓系統(tǒng)控制操縱閥完成前架4 根立柱收回100 ~200mm,如圖5b)。
第三步:推前架。推前架時需要以后架為輔助支撐點,由液壓系統(tǒng)控制操縱閥完成2 根推移千斤頂前推900mm,前架向前移動,如圖5c)。
第四步:升前架立柱。液壓系統(tǒng)控制前架4 根立柱上升,使頂梁與頂板充分接觸,如圖5d)。
第五步:降后架立柱。由液壓系統(tǒng)控制操縱閥完成后架4 根立柱收回并脫離頂板100 ~200mm,如圖5e)。
第六步:拉后架。后架前移需要以前架為輔助支撐點,由液壓系統(tǒng)控制操縱閥完成2 根推移千斤頂收回900mm,如圖5f)。
第七部:升后架立柱。液壓系統(tǒng)控制操縱閥完成后架4 根立柱上升,到頂梁與頂板充分接頂,達到初撐力階段。如圖5a)。通過以上7 步,支架完成了一個工作循環(huán)。
吸能防沖巷道超前支架防沖主要體現(xiàn)在高強度、高支護、剛性防沖以及緩沖吸能讓位兩個方面。加強支護,提高支護強度,可以大幅度減少巷道沖擊載荷作用下圍巖的位移以及抵御常規(guī)開采造成圍巖擾動所產(chǎn)生的靜載荷下支架結(jié)構(gòu)件不受破壞。用于沖擊地壓發(fā)生時,預折裂構(gòu)件吸能裝置的塑形變形和多級不同流量的安全閥起到吸能緩沖作用,實現(xiàn)快速讓壓、讓位作用,防止巷道沖擊封閉變形。
該架型在彬長集團胡家河礦業(yè)有限公司401106 工作面,支護效果良好,有效地防止了巷道的底臌、冒頂、片幫等問題,有效地提高了巷道支護的可靠性、安全性。目前在周邊礦井孟村礦也進行了推廣使用,為具有沖擊地壓礦井兩巷道超前支護設(shè)備的應用推廣提供了借鑒意義,為煤礦開采提供了安全的作業(yè)環(huán)境。