液压支架在掘进工作面的研制

2010-08-15刘志军

山西焦煤科技 2010年1期

刘志军

(西山煤电股份公司西铭矿)

掘进工作面按规定每掘进1.5 m须停机并对掘成巷道的顶板及围岩进行加固,待加固完毕,再进行掘进作业,每一个这样的作业过程称为一个作业循环。由于掘进机切割滚筒掘进速度较快,须及时将掘进一个循环后掘出的巷道顶板进行锚索加固,此时存在一定的空顶作业时间,在维护巷道时,掘进机需停止作业而且职工生命安全受到顶板冒顶的危险,不利于安全生产,由于要维护顶板使掘进机不能连续掘进,直接影响掘进速度。目前,常采用的方法是利用单体液压支柱加工字钢梁进行人工临时支护,此法效率低,工人劳动强度大,存在安全隐患。

为提高掘进作业的安全系数,同时提高掘进作业效率,在掘进工作面研制使用液压支架很有必要,掘进工作面液压支架主要针对传统巷道掘进技术支护设备和支护方法存在的局限性而急需研制开发的一种新型支护设备。既能适应不同顶板,又能与掘进机配套使用,可有效、及时地将空顶区进行支护作业,在掘进机掘进的同时,可对顶板进行加固作业,可安全有效提高掘进速度,是机掘工作面未来必不可少的设备。

1 掘进工作面研制使用液压支架的设计构思

掘进工作面液压支架采用四柱支撑掩护式结构,顶梁下方设计为可滑动梁体,通过液压缸推动向空顶作业区移动,从而增加支护面积,减少空顶作业距离,使掘进机上方的顶板支护充分,可靠地控制和维护顶板,保证工作人员有一个安全的工作空间。

1)滑动梁体能够向工作面延伸3 m的距离,再通过前顶梁架的运动能充分遮护掘进机上方近5 m的距离,从而安全有效的创造安全空间。为使前顶梁能有足够的遮护作用,可利用单体液压支柱临时将前顶梁的两前端角支撑好。由于该机采用四柱支撑掩护式结构,在支架立柱间可布置掘进机后配套运输皮带机构,并不影响掘进机的正常工作。

2)在支架的底端还可设计液控驱动履带行走机构,这样掘进机在向前移动时,支架可通过液控履带行走机构及时将支架向前运动,以适应掘进工作速度。为便于工作人员对顶板进行锚索加固工作,支架的顶梁和前顶梁架可按锚索规定的加固位置设置d200的空洞,职工可通过空洞对顶板进行锚索打眼、加固工作。

2 设计特点

掘进工作面液压支架专用于掘进工作面巷道掘进迎头支护,为工作面锚索安全支护创造安全作业空间,在设计上应具有以下特点:

1)合理的支护强度,掘进工作面液压支架作为掘进迎头工作面临时支护设备,初撑支护强度选择要适当,既要保证支护的安全性,又要保证顶板的完整性。通过对掘进工作面巷道围岩压力统计分析计算,支架支护强度应在0.85 MPa。

2)合理的配套性,该机布置在巷道迎头掘进机机身后方后配套区段,因此,支架结构要严格按巷道段面与掘进机配套使用,通过液控系统驱动履带式行走轮紧随掘进机一起向前移动,实现机械化支护。

3)支架采用四柱支撑掩护式结构,支架顶设计有滑动顶体可液压油缸推动向空顶作业区移动,增加支护面积,减少空顶距离,可靠地控制和维护顶板,保证工作人员有一个安全的工作空间。

4)支架主要由前顶架、伸缩梁、联动梁、掩护梁履带行走机构、液压泵站系统组成,由液控系统完成巷道掘进安全支护自动化,操作方便,省时省力。

5)支架顶梁由钢板焊接制作而成,在其上按巷道顶板锚固要求分布直径为d200的孔洞,职工可通过孔洞对顶板进行锚索打眼加固作业。

6)支架的占用巷道空间要尽可能的减小,有利于工作面通风及人员通行。

7)伸缩梁和前顶梁能充分的遮掩掘进机上方的顶板,并且前探距离要达到5 m。

8)具有较强的支护能力。初撑力调整范围大,支架顶梁与掩护梁采用十字头连接,对顶板的适应性强。

9)电气系统采用PLC控制技术,系统简单可靠,保护齐全。

10)可配套使用S200A悬臂式掘进机等各类掘进机机型。

3 技术参数(参照5200型液压支架技术参数)

支架高度:2400～4500 mm,支架宽度:2300 mm,支架中心距:1650 mm,初撑力:5665 kN,工作阻力:2400 kN,支护强度:0.85 MPa,立柱缸径:140 mm,泵站功率:75 kW,泵站电压:1140 V,行走方式:履带式,行走速度:4 m/min。

操作方式:手动控制或无线遥控。

4 效果分析

1)安全程度提高,彻底消除空顶作业区,避免工人在空顶区作业,安全程度大大提高。

2)机械化作业可实现自动化支护,通过液压泵站驱动履带行走,实现支架靠自身动力前移,操作方便,稳定可靠。

3)通过液控系统,使各个掩护梁和顶梁能有效的支护顶板。

4)提高劳动效率,使用掘进液压支架,由于能及时将空顶区支护遮掩,掘进机可不间断的连续掘进,职工可在支架内同时打锚索,加固顶板,提高了工作效率。

5 经济效益分析

目前,各矿掘进队组每班平均可作5个掘进循环,即可掘进巷道7.5 m左右,巷道顶板加固须每隔0.75 m打顶锚杆1排(每排5个),每个锚杆加固须用时5 min,这样7.5 m巷道顶板用55个锚杆加固用时间大约为250 min左右。如该机型研制成功并投入使用,锚杆加固与掘进同时进行,能实现掘进机不间断的进行掘进工作,每班能提高掘进速度近一倍,即可掘进15 m左右,提高了经济效益。