桃园煤矿综采工作面端头及超前支架的应用研究

张辉顾峰

（淮北矿业集团公司桃园煤矿 安徽 宿州 234116）

1 中组煤综采工作面地质概况及端头支架的应用意义

桃园煤矿中组煤层（7煤、8煤）地质条件较差，断层、褶曲较为发育，煤层倾角较大，平均都在25°以上，局部达到38°，顶、底板均为泥岩，顶板破碎且顶板砂岩裂隙水和底板灰岩水一旦进入工作面，造成底板泥岩见水膨胀，煤层硬度（f）一般为3。

中组煤三软煤层的特点给工作面管理带来很大的困难，两巷超前压力显现明显。因此，为提高中组煤巷道支护质量，桃园煤矿通过近几年摸索和实践，在中组煤工作面两巷采用U型棚支护技术，并在局部巷道压力大地段，采用锚索梁补强支护，减小工作面回采动压对超前巷道的支护破坏，但在工作面回采的过程中，两巷超前40m矿压显现还是非常明显，给超前抹帽替棚和超前支护带来困难，造成超前巷道断面小，往往采区要投入大量的人力、物力来满足安全生产的需要。

为提高采煤工作面工作效率、减少工人的劳动强度，减小超前压力带来的安全威胁，实现工作面安全回采，桃园煤矿与沈阳天安矿山机械科技有限公司共同研究开发端头及超前支架，来支护工作面下端头及超前巷道顶板。工程技术人员结合中组煤层的复杂地质条件，根据巷道施工断面及支护方式等技术参数，选择ZTZ21000/17/32型端头支架及ZTZ2×3600/16/32超前支架对工作面机巷进行超前管理，并在安装及使用过程中，对支架原结构进行了局部修改、完善，使之更加适应我矿中组煤特殊的地质环境。

工作面机巷条件与支架的适应条件进行对比分析

2 支撑掩护式端头、超前支架的结构及工作原理

支撑掩护式端头及超前支架总长36m，主要功能是维护好巷道和回采工作面端头处的顶板，协调该处排头支架、工作面运输机、顺槽转载机的设备之间的位置和配套关系，除端头支架能自移外，要为转载机和运输机机头的移动提供动力。端头及超前支架的本身具有防倒、调架或适应工作面倾角变化的能力，能做到前梁伸入巷道，起一定的超前支护作用。

2.1 支撑掩护式端头支架结构

端头支架主要有前梁、左右顺梁、左右顶梁组体、左右掩护梁、前联杆、后联杆、左右前底座、左右后底座及推移座等部件所组成。该支架的顶梁是由前梁和主梁铰接而成的，前梁较长，由前排立柱支撑，承受巷道顶板压力，减小顶板的下沉量，有效地维护巷道的顶板。

2.2 端头支架工作原理

端头支架用于支护工作面下出口处顶板，以及隔离采空区，防止矸石进入工作区间，并能自动前移。该支架每组由两架结构相同的支撑掩护式支架组成，两架支架并列布置。端头支架在工作过程中具备“升、降、推、移”四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的液压缸体来实现完成的。

端头支架设计时，一方面根据原始条件，另一方面要满足使用上的要求，具体要求如下：

1）能有效地支控端头顶板，做到安全可靠；

2）有足够的工作空间，便于行人和通风，并且能满足采煤机自开缺口的要求；

3）有可靠的推移机构，有足够的推移力；

4）能便于顺槽棚子的回收工作；

5）操作台必须设置在安全地点，并且便于操作。

超前支架的结构及工作原理与端头支架相同，这里不再说明。

3 端头及超前支架的技术改进

3.1 拉架方式的改进

桃园煤矿中组煤为三软煤层，地压显现剧烈，巷道在设计时断面相对较小；在回采北二采区的及南三7煤工作面时，两巷的超前管理严重制约着工作面的安全高效回采，机风巷超前40米范围的支护棚变形严重，抹帽替棚十分的困难，通风断面小，行人、通风不畅。

为确保综采工作面端头及超前支架能够在中组煤巷道内正常使用，端头及超前支架到矿后，针对7135工作面机巷支护及设备的实际情况，结合端头支架的结构及性能，对机巷内的运输设备进行了调整，并对端头支架推移装置进行改进，确保巷道压力增大时造成断面小时，能够安全顺利拉移支架。

端头支架为两架一组，两架对称布置，与工作面及过渡支架配套使用，后部采用四连杆机构，高度变化小，转载机布置在两组支架中间，两组支架底座前各设置两个内径为Ф230mm的浮动活塞千斤顶，与转载机的推移座连接，用来推移转载机、拉移端头支架（端头支架拉移时，借助转载破碎机自身的重量）。端头支架结构对机巷顺槽设备要求：工作面运输机→机巷转载机→机巷皮带机，由于安装转载机、破碎机后，由于体积较大，对巷道尺寸要求较大，但中组煤巷道断面在设计和实际回采时都很难得到保证，为了支架有足够的拉降空间，对运输设备进行适当调整，增加一部代替转载破碎机40T链板机，将转载破碎机安装在机巷外段，煤炭运输路线为：工作面运输机→40T链板机→皮带机→转载破碎机→皮带机→采区大眼。使用40T链板机后，链板机的自身重量不能够满足端头支架的移动，这就需要改造端头支架的支撑和推移点来实现有效拉架。

推移底座改造示意图（俯视）

底座改造焊接处放大示意图（侧视）

推移装置的改进。采用40T链板机运输，转载机与支架的连接块要去掉，端头支架通过特殊加工的连接块与超前支架连接。1）先加工铸造好两块整体的连接块，连接块与支架底座的接触面要留有一定的斜面；2）要将支架底座原有的与转载破碎机连接处进行切割，要确保切割面与连接块相吻合；3）将铸造好的连接块与支架底座切割面进行对接，在确保接触面能够完全吻合时，再使用焊接工艺将连接块与支架底座焊接成一整体；4）连接块与支架底座焊接后，为防止在使用过程中焊接点处脱焊，使用15mm厚钢板再焊接点处补焊，以加固焊接点的稳定性。

3.2 第二次对支架结构的整体改进

2012年8 月份，经过四个月的试用，此套设备的缺陷逐渐显现出来：1）由于支架长度有六组，错步拉移速度慢；2）端头支架上侧板低，造成链板机与运输机的搭接不合理，运输机机头吐煤不畅，运输机一旦退缩到切眼内，与链板机的距离加大，造成运输机拉回头煤；3）由于工作面超前压力大，端头及超前支架多处钢板变形；4）U型棚上下帮的侧压不一样，且超前回棚时，又人为加剧两帮压力不均，造成超前及端头支架歪斜。

由于以上原因，7煤工作面日产3～4刀，端头支架操作制约了工作面的进度，为此，经矿研究，再进行一次改造：拆除机巷上帮一组端头及超前架，下帮一组移至巷中；经过4个小班的紧张施工，拆除工作顺利完成。9月份后，工作面的生产日渐提高，日产以达到6刀以上水平。

4 结束语

随着综采技术的发展,综采工作面端头顶板事故虽逐年减少，但综采工作面事故率及工人的劳动强度仍居高不下，改善综采工作面端头及超前的支护状况，实现综采工作面高产高效和提高安全程度显得尤为重要，所以端头及超前管理既是顶板维护的重点，又是顶板管理的难点。

此套支架已成功的在我矿7135工作面使用，强大的支撑力及支护强度，不仅克服了中组煤大地压的问题，也平衡了巷道的侧压力，确保了工作面下出口巷道的通畅，实现了综采工作面机头在困难条件下的安全、快速推进,为企业创造了可观的经济效益，也为我矿10煤及中组煤机、风巷端头支护，提供了有力实践证明，也为兄弟矿井类似综采工作面提供了有价值的参考。