液压自移式超前支护在煤矿掘进巷道中的应用

牛晓波

摘 要：介绍液压自移式超前支护的性能、特点、相关技术参数、结构原理和使用效果，并且研究其制造工艺性及步骤，为今后综采工作面巷道超前支护机械自动化的发展提供可以借鉴的资料。

关键词：液压 自移式 超前支护

中图分类号：TD355.4 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-078-02

我国的煤炭资源丰富，煤炭的生产和消费在我国能源消费比重中都占据主导地位。我国位于亚洲大陆东南部，属亚欧板块与太平洋板块、印度板块拼合地区，煤田的地质构造情况复杂，对我国的煤炭开采带了一定困难。为此，国家制定了《煤矿安全规程》，其中对于煤炭开采的安全生产作出了详细的规定，确认了在采煤工作面所有安全出口与巷道连接处20米范围内必须强制性采取支护措施，使用机械化作业的工作面巷道高度必须大于1.8米，防止顶板冒落，保证工人安全作业。

目前，我国煤矿机械化开采工作面大部分还使用传统的单体液压支柱进行超前支护，当需要移动工作面时，则需要由人工将后部单体支柱撤换到前部重新进行安装支护，增加了工人的劳动强度和难度，生产效率不高。为实现巷道支护机械自动化，自移式超前支护应运而生。

1 概述

煤矿的巷道支护有永久支护、临时支护和超前支护。所谓永久支护，一般有混凝土支护、料石碹支护、锚网喷支护等，具体选择哪种支护方式，要根据巷道围岩的稳定程度不同，选择既能满足巷道支护需要，又更易施工、更符合经济合理性原则的型式。

所谓临时支护，是指永久支护未完成，临时维护巷道围岩稳定，为施工作业提供安全作业条件的支护。像锚网支护、金属棚支护等。

所谓掘进工作面超前支护，是指在掘进工作面迎头临时支护前方空顶处控制顶板、戴帽点柱支护和悬顶梁支护等。

《煤矿安全规程》明确规定，掘进工作面严禁在空顶下作业，所谓空顶，指在巷道新掘进后，对顶板还没有进行任何支护，这个时候的巷道顶板称为空顶。

《作业规程》规定，最小空顶距不得大于0.4m，最大空顶距不得大于2.4m，空顶距过大，巷道的顶板会变得不稳定，容易发生掉顶、冒顶现象，引发人身伤害和顶板事故。超前支护就是让作业人员避免空顶作业的有效型式。

2 液压自移式超前支护的特点

液压自移式超前支护一般由架体、工作机构、液压控制系统及相关附件组成，架体包括顶梁、连杆、掩护梁、侧护板、底座等构件；操作阀、控制阀、减压阀和供液、回液软管等组成了液压系统；附件主要包括防滑、防倒、防转等必要的安全机构；

液压自移式超前支护可分为前架、中架、后架和端头支架，前架与后架结构相同，都是四连杆机构，立柱支撑。超前支架安装于轨道顺槽内与端头支架排列成一列，液压自移式超前支护的特点是：

（1）采用主、副架结构，主副架的顶梁之间、底座之间采用铰接结构，能适应不平整的顶板、地板。

（2）调架千斤顶设置在主副架的顶梁和底座底座之间。

（3）支架的前移靠推拉千斤顶实现。

（4）依靠四根立柱支撑主副架。

（5）主副架后部顶梁设置可以支护架间顶板的尾梁。

（6）为保证顶梁不出现“前仰后爬”的现象，在主副驾中间设置由底座、前后连杆和顶梁组成的四连杆机构。

自移式超前支护的主、副架结构和承受载荷完全相同。前架与后架结构完全相同，只是长度根据工作面和转载机的布置有所不同。

3 液压自移式超前支护主要技术参数

近年来，针对巷道掘进支护实现机械自动化的研究方向主要围绕改善传统巷道掘进技术的支护效果，研制和开发新型机械自动化的支护方式，同时实现自动扒装，并提高劳动效率、减轻劳动强度和提高安全性。主要支护设备研究对象是液压自移式超前支护，该支架与掘进转载极相互连接配套，安装在巷道掘进迎头。

主要技术参数如下：（1）型号：ZZ2400/18/30；（2）支架高度：1.8-3米；（3）单架宽度：0.435米；（4）整架宽度：中心距1.65米；（5）初撑力：920千牛；（6）工作阻力：2400千牛；（7）支护强度：0.35兆帕；（8）支护长度：1.6米；（9）底板比压：0.9兆帕；（10）立柱缸径/柱径：0.14米；（11）推移千斤顶行程：1.5米；（12）重量：13吨。

主要技术特征：（1）该支架使用了全液压控制，手动控制液压阀，操作简便，支架前部支护空间足够满足采掘设备掘进作业安全性要求，符合国家相关规定。（2）实现了机械化支护效果，使用手动液压控制即可实现移动支架，推进作业工作面。（3）支架主要部件包括前后顶梁、伸缩梁、挑梁、联动梁、掩护梁、连杆机构、底座等，均采用铰接方式连接，支架的机械动作机构由立柱、调架千斤顶、推移千斤顶及支架液压控制系统等实现。（4）掘进转载机与掘进超前支护连接配套，并通过配合动作实现自动封装。（5）采用手动控制液压阀轻松实现支架的所有机械自动化动作，操作简便，节省了时间和人力。

4 液压自移式超前支护工作原理

巷道支架前移时，其工作原理是：

（1）推前架：以中间架为支点，完成推前架动作。

推主架：开通尾梁下降阀，使尾梁下降，使立柱接通高压乳化液体，打开高压乳化液体控制单向阀，阀芯与阀座之间有间隙，液体流回油箱。主架下降脱离顶板后，开动换向阀，推动主架向前移动一个步距。操作主架下降，这时顶梁与顶板之间仍然有一定压力。防倒调架千斤顶的活塞杆可随主架前移被拉出，防倒千斤顶也可以调整底座和顶梁之间的相对位置。高压乳化液可以经过活塞腔回液进入油箱，使立柱中压力逐渐增大，使得主架逐渐接近顶板，达到初撑力要求时停止供液，尾梁被挑起。

推副架：通过换向阀降低尾梁，使高压乳化液进入到立柱有杆腔中，与此同时，打开高压乳化液控制单向锁，在阀芯与阀座之间有间隙，液体流回油箱，副架降架并推移到位后，调整架间距，升副架，尾梁被挑起。

（2）拉中架：中架和前架的液压控制系统和操作方法完全相同，所不同的是以前架为支点，其动作顺序简要描述为：

主架支撑、降尾梁、降副架、拉副架、升副架、挑尾梁；

副架支撑、降主架、拉主架、升主架、挑尾梁。

（3）拉端头支架：

主架支撑、降副架、拉副架、升副架；

副架支撑、降主架、拉主架、升主架、挑尾梁。

自移式超前支护移动过程应注意：推拉自移式超前支架时，必须有一侧支架推拉并升起达到初撑力后，经检测确认后才可推拉另一侧支架。为保证顶梁接顶严密和底板受力均匀，在遇冒落带、底板不平、顶板或底板变坡较大时可用老料衬平。

5 液压自移式超前支护应用效果

超前支护的主要作用是维持工作面两巷围岩的稳定性并提供有效的作业空间和足够的通风断面。

（1）支护强度高：液压自移动式超前支护的支护强度时顶板压力的6倍左右，足以保证巷道的安全。

（2）安全程度高：不再需要人工前移前探梁而在空顶下作业，取而代之以采用全液压控制机械自动化支护方式，提高了作业安全性。

（3）支架依靠自身动力和推拉油缸实现了超前支护的自行移动。

（4）实现了自动扒装：使用转载机自身携带的铲板，通过支架和转载机的交替互移，可快速将迎头煤矸扒出，节省了作业时间，提高了效率。

（5）采用一部40吨固定掘进转载机与超前支护连接，减少了一部移动设备，降低了移架的劳动强度和耽误的人工循环作业时间，安全性也得到了大幅度提升。

使用后的经济效益：

（1）应用液压自移式掘进超前支架后，每10平方米的巷道仅需要6名作业人员，节省了人力资源，减轻了企业负担。

（2）刨掘迎头原来单头推进速度大约为180-200米/月，使用后加快了扒装速度，节省了循环作业时间，单头推进速度达到了300米/月以上，效率提高了一倍以上。

（3）液压自移式掘进超前支护可以适应不同地质条件和顶板支护条件，且支护面积大，实现了巷道掘进机械自动化支护，加快了煤炭的开采速度和产能。

6 液压自移式超前支护的制造工艺要求

（1）主、副架各个部件主筋、顶板、底板、盖板及部分筋板需要采用Q460及以上高强度钢板，其他可采用16Mn钢板。

（2）液压支架所有构件焊接需采用二氧化碳气体保护焊。

（3）液压支架设计制作需要符合《液压支架设计规范》和《液压支架通用技术条件》，各零部件也应符合相关标准。

（4）液压支架制作前，应对各阶段工作内容详细分工，落实责任人，并对制造工作进行专项考核。

（5）液压支架制作时对几大部件的主筋板进行组队瓶装加工，保证其一致性。部件拼装时，为确保孔位加工正确，应统一装配基准，通常以加工后的主筋板下底面为基准。焊接时应严格按照焊接顺序及工艺要求，减小和控制焊接变形

7 结束语

巷道液压自移式超前支护的应用，大大提高了支护效果，节省了支护费用，安全性高，取得了很好的社会效果，值得进一步推广应用。