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1、66 能 源 技 术 与 管 理 E neigy Technology and M anagem ent 2016年第 41卷第 3期 Vol41 No.3 doi:10.3969/jisai.l672-9943.2016.03.024 循环式巷道超前支护支架在复杂条件综采面的应用 鲁德丰，马力 (安徽恒源煤电股份公司，安徽宿州 234000) 摘要 国内综采工作面巷道超前支护形式基本采用单体液压支柱配合铰接顶梁 （ n型梁） 或迈步式巷道超前支护液压支架 2种方式。单体液压支柱配合铰接顶梁支护，工人 劳动强度大、支护强度低，不利于安全管理；施工占用人员多，支护材料消耗高，不 符合当前煤炭形势
2、的需要。迈步式超前支护液压支架工作阻力偏高、吨位较大、反复 支撑对巷道顶板破坏严重，不适应矿山压力大、自然发火煤层的应用。循环式巷道 超前支护支架提前替代永久支护，利用轨道运输车将支架从支护末端运转至前段， 杜绝了人工作业 ,避免了反复支撑顶板，且适用巷道变形量大的巷道 ,适应范围广。 关键词 综采工作面 ;循环式 ;超前支护 ;轨道运输 ;反复支撑顶板 ;巷道变形量大 中图分类号 TD 355+.3 文献标识码 B 文章 编号 1672-9943 0)16)03-0066-03 1 研究背景 随着国家宏观经济下行、能源需求减弱、煤炭 产能过剩、煤价下滑等多重因素的影响，煤炭企业 应对行业低迷
3、纷纷采取了减人、降本的措施。如何 将综采工作面及生产系统人员数量再优化，是一 个亟需解决的问题。 20世纪 80年代以来，随着我国煤矿综采技 术不断发展，相关技术取得了显著的成就，提高了 综采工作面的开采效率，实现了安全高效开采 但是，在采煤工作面面内人员配置基本固定的情 况下，巷道超前支护一直占用一定数量的工人，其 中受矿山压力、自然发火、瓦斯灾害等因素影响严 重的华东地区尤为明显。如何实现地质条件复杂 地区巷道超前支护高效生产，是煤炭企业当前面 临的是一道难题。 2巷道超前支护现状 通过多年不断探索、发展，综采工作面巷道超 前支护基本采用单体液压支柱配合铰接顶梁 （ n 型梁 )或迈步式巷
4、道超前支护液压支架 2种方式。 但上述 2种支护方式均有一定的适应性和不足。 2.1单体液压支柱配合铰接顶梁 (n型梁） (1) 支护强度低。对于顶板压力较大的煤层， 达不到支护强度，易造成工作面安全出口顶板下 沉，单体支柱钻底多、回撤困难，特 别是工作面后 路密集切顶处尤其如此。 (2) 支护效率低。由于单体液压支柱、顶梁支 设及回撤速度难以大幅度提高，制约了工作面的 推进速度 ,难以实现高产高效。 (3) 劳动强度大。由于支设回撤单体支柱及 顶梁频繁，造成工作面回采人员多，劳动强度大。 (4) 支护成本高，安全性差。因顶板压力大或 操作等原因，支柱、顶梁、柱鞋的损坏量较大，增加 成本支出。
5、并且工序复杂，人工操作多，造成事故 的概率较大 2。 2.2迈步式巷道超前支护液压支架 (1) 支护成本高。迈步式巷道支护支架采用 多组支架构成，支架吨位大，投入成本高。 (2) 反复支撑破坏顶板。支架采用迈步式前 进，每前移一次支架，所有支架均升降至少一次， 对顶板进行破坏，特别是对锚网梁支护巷道的锚 杆、锚索破坏，造成锚杆、锚索无法退锚，致使工作 面上隅角悬顶 ,瓦斯治理和防灭火任务重。 (3) 巷道适应性差。由于支架的吨位重，体积 大等特点，对沿空、地压大、软底等巷道不适应，经 常出现巷道变形后支架移不出去而又要重新撕帮 等情况。 3 研宄与应用 针对当前巷道超前支护存在的不足，经过现
6、场调研、方案论证、图纸审查、产品加工、产品验收 等程序，最终确定设计方案，并进行了生产和工业 性试验。 3.1设备组成及原理 循环式巷道超前支护支架由支架机构和行走 机构组成。其原理是利用轨道运输车将支架从支 护末端运转至前段，实现循环式支护，杜绝了反复 20.16年 6月 Jun” 2016 鲁德丰，等循环式巷道超前支护支架在复杂条件综采面的应用 67 图 2行走机构总成 (1)自移机构如图 3所示。其参数为 :油缸内 拉力 208 kN;行程 1 200 mm, 径 125 mm ;活塞杆直径 90 mm ;径推力 386.5 kN ; Q870 支撑顶板等情况。 3.2设备技术参数 3.
7、2.1支架结构 ZT702A5 8型循环式巷道超前支护支架结 构如图 1所示。其结构参数：支架高度 1 434 2 800 m;支架宽度 400 mm;支护宽度 2 65(T 图 3自移机构结构 (2)乳化液绞车牵引系统 （ 1T-1-MS08-10- 液；额定输入转矩为 2 500 Nm;最大输入转速为 ZPL型乳化液绞车 )架构如图 4所示。其参数为： 27油 in;速比为 1;额定输出转矩为 2 500 Nm;单 额定工作压力 31.5 M Pa;工作介质为 3% 5%乳化 绳拉力为 10 kN ;静态制动力矩为 5 000 Nm。 K向 图 4乳化液绞车牵引系统结构 (3)支架运输车（
8、型号 ZT702C-8S结构如 缸径 125 mm/8 nun、杆径 105 nun/6 min、行程 图 5所示。其参数 :轴距 725 mm;轮数 6个 ;轮直 1162 mm。 径 85 m m ;支撑千斤顶推力 31.5 M Pa、 拉力 69 kN、 3 650min ,支架中心距 600inm。 3.2.2行走机构总成 循环式巷道超前支护支架行走机构如图 2所 示，由自移机构、乳化液绞车牵引系统、支架运输 车 3部分组成。 68 能 源 技 术 与 管 理 Eneigy Technology and M anagem ent 2016年第 41卷第 3期 Vol 41 No.3 2
9、0%。 3.3实践应用 3.3.1工作面概况 祁东煤矿 8223工作面走向长 800 m,倾斜宽 204 m ,煤层厚度平均 2.3 m ,可采储量 52.9万 t 直接顶为中细砂岩，平均厚度 8.1 m，采空区为全 部垮落法处理顶板。 8223工作面为 8224上区段 临近工作面，预计 8223工作面相对瓦斯涌出量不 大于 9m3/b 8223工作面最大绝对瓦斯涌出量为 18.1 m 3ii in; 82煤的自燃倾向性为二类自燃 ,8 位于 82煤之上 10 m左右，随工作面而冒落，工作 面防灭火任务重。工作面风巷揭露断层处，巷道矿 山压力现象明显，局部巷道煤层位移量大。 3.3.2使用情况
10、 8223工作面机、风两巷掘进期间均采用锚网 梁索支护工艺，机巷超前支护采用 “ 铰接顶梁 +液 压单体 ” 支护 P由于设备生产原因， 8223工作面推 进 30 m后，循环式巷道超前支护支架开始安装在 8223工作面风巷使用，现场共计使用 770 in ,随着 工作面回采结束，设备升井。在设备使用前， 8223 工作面风巷采用 “ 铰接顶梁 +液压单体 ” 支护，架 设长度不少于 4排走向棚支护， 1梁 2柱。 4 效果分析 循环式巷道支护支架在祁东煤矿 8223工作 面使用后，取得了良好的效果。 (1) 安全性效果好。消除了人员回棚、移柱、 挑棚工序施工期间的安全隐患，避免了因顶板支 护
11、不全而造成漏矸伤人事故的发生。 (2) 实现了减员提效。通过循环式巷道支护 支架的应用，大大降低了工人的劳动强度，减少了 巷道支护的用工，每小班仅 2人即可完成整个循 环支护工作，较单体液压支柱配合铰接顶梁 （ n型 梁）减少 60%以上工作量，且工作面推进度加快 (3) 效益好。循环式巷道支护支架费用在一 次性投入后，后期使用期间的材料费用投入很少， 循环式巷道支护支架一次性投入的费用仅为迈步 式巷道超前支护支架的 70%。 (4) 支护效果好 ,利于采空区顶板管理。使用 循环式巷道支护支架后，可在支架支护前将顶板 锚杆、锚索退去，利于采空区顶板冒落，便于煤层 自然发火、瓦斯灾害严重的综采工
12、作面采空区及 上隅角管理。 (5) 支架适应性强。由于支架可左右伸缩，支 护宽度可随巷道的宽度及时调整，减少了因巷道 变形而需进行的巷道维护工作，保证了生产效率。 5结语 当前煤炭形势严峻， 各煤炭企业均在减员提 效，实现综采工作面两巷超前支护作业的减员是 煤炭企业减员的一项重要环节。循环式巷道支护 支架支护强度高、安全隐患小、生产效率高，特别 是其循环式前移，杜绝了反复支撑顶板，为地质条 件复杂、巷道变形严重、自然发火严重、瓦斯治理 任务重的煤炭企业减员提效开拓了新路，推广前 景好。 参考文献 1 康虎彪 .我国综采工作面装备现状及与外国的差距 J. 中国煤炭， 2004,30(10). 2 李法柱，王根盛，段四亮，等 .综采工作面新型超前支 架研宄与应用 J.山东煤炭科技 ,2006(3). 作者简介 鲁德丰 （ 1982-),男，工程师，在职硕士研宄生，毕业于 安徽理工大学理论力学专业，现任皖北煤电集团恒源股份 公司生产技术部采煤科科长 ,长期从事煤矿生产技术管理 工作。收稿日期 :2016-05-05