极薄煤层工作面自移式顶梁支架的设计及应用

马通

摘 要：目前我国在工作面的支护方式均采用落后的坑木支护或单体支柱支护，部分矿井也采用了液压支架支护的方式，但各类支护方式均有不同程度的缺陷。该文提出了在极薄工作面端头采用自移式顶梁支架进行支护，并对设计及其应用情况进行了说明。指出自移式顶梁支架具有结构简单、成本低廉、安全可靠、自动化程度高等特点，可有效降低劳动强度，改善作业环境，对各类工作面巷道有良好的适应能力。是一种具有良好的市场前景和广泛的社会效益的支护装置。

关键词：极薄煤层工作面 顶梁支架 设计 应用

中图分类号：TD421.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0087-02

1 问题的提出

我国小于1.2 m的极薄煤层分布非常广泛，特别是在西南片区的煤炭储量中占有极大的比例。长期以来，极薄煤层的开采非常困难，效率低下、成本高昂，安全压力极大。传统上对极薄煤层的支护一般采用坑木支护或单体支柱支护两种形式，但是这两种支护方式都存在劳动强度大、支护强度低、安全状况差、劳动效率低等缺陷。

近年来，随着采煤技术的发展，在一些矿井的薄煤层也采用了综采和高档普采技术。综采利用爬底板采煤机、液压支架和刮板机配套采煤；但是对于小于1.2 m极薄煤层，使用液压支架支护导致井下作业空间极其狭小，作业环境非常恶劣，同时支护成本也太高。高档普采则利用爬底板采煤机、单体支柱和刮板机配套采煤，但是这又带来新的问题，矿工在井下移柱时劳动强度大、安全压力也较大。因此对于极薄煤层的开采，急需一种新的支护装备来解决面临的问题。

2 支护装备的基本要求

（1）保证工作面主要支护工作机械化，操作简单，降低矿工劳动强度，提高工作面的推进速度。

（2）支护装置应具有较高的支护强度，维护好巷道的顶板，实现对工作面的安全支护。

（3）支护装置应尽量少占用工作断面空间，增大矿工工作空间和人员、材料通过空间。

（4）支护装置应具备一定超前支护的作用，以保护工作面内的采煤机和刮板机。

（5）为保证支护装置的支护强度要求，支架移动时只能局部卸载，以便对工作面顶板有可靠的支护，使顶板不致因反复移架支撑而造成影响。

（6）支护装置应由足够的初撑力，并能做到及时支护，防止直接顶早期离层。

3 自移式顶梁支架的设计

3.1 自移式顶梁支架的结构设计

为了满足极薄煤层工作面支护装置的功能要求，达到设计目的，确定采用并列滑移、液压千斤顶实现自移的顶梁支架结构形式。其基本结构如图1所示。

自移式端头支架的顶板由主梁和副梁两根顶梁构成，顶梁上各装设前探梁一根，前探梁的可拆卸，也可根据工作面布置情况对前探梁长度作适当修改，以满足不同顶板状况的要求。为满足支护强度要求，主梁、副梁和前探梁均采用箱型梁结构。主梁和副梁之间采用滑销和托架进行组合并实现快速组合连接。

每根顶梁上均装设有三根固定立柱，以及一根活动立柱，活动立柱可以支撑在前探梁上的任意位置。从图1可以看出中间两根立柱的安装间距达2390 mm，同时取消了整体底座，保证了足够大的工作空间、行人和材料通过空间，也保证了对不同巷道良好的适应能力。立柱由单体支柱改制而成，可以根据不同的采高更换适当规格的单体支柱。对于极薄煤层而言，采用单体支柱改制而成的立柱，可以减少大量的管路及其附属设施，不占用宝贵的工作空间。

主梁和副梁上分别固定有两件支撑托架，托架的另一端通过滑销分别和主、副梁连接，滑销可在主梁和副梁上专门设计的滑道内自由滑动，即主、副梁之间可以实现在长度方向的自由滑动。但在宽度方向，由于托架和滑销的锁定作用，主、副梁之间不能发生相对位移。通过对滑销和立柱安装方式的特殊设计，该装置可以适应顶板不平和存在一定倾角的能力。

主、副梁上连接固定了一件移架千斤顶，以实现顶梁的自动移动，每次移动的最大距离为800 mm。

3.2 自移式顶梁支架的工作原理

由于自移式顶梁支架的立柱采用单体支柱改制而成，因此其液压控制系统非常简单，操作简便快捷。

3.2.1 支护

在工作面将顶梁支架组合完毕后，用注液枪对主、副梁上的固定立柱注液，支架升起对顶板进行支护，然后在根据工作面割煤情况在前探梁的适当位置支撑起活动立柱，支护工作结束。

3.2.2 移架

自移式顶梁支架的移动方式是主、副顶梁交替跳步式移动，每次必须使主梁前移后，副梁再跟着移动直至主、副梁位置一致，再次移动时仍先移动主梁，后移动副梁。移架的具体步骤为：先卸载主梁上的活动立柱，再依次卸载主梁上的固定立柱，主梁降下并落在副梁上托架上，控制操作阀使移架千斤顶柱头伸出并带动主梁前移，直至移动一个步距后停止。对主梁上的立柱注液，使主梁处于支撑状态；对副梁上的立柱卸载，待副梁下落至主梁上的托架后，控制操作阀使副梁前移直至与主梁平齐，对副梁上的立柱注液，副梁上升并处于支撑状态，直此一个移架循环结束。

3.3 自移式顶梁支架的主要技术参数

最大高度：1250 mm（1.0 m支柱时），最大高度可以根据不同规格的支柱进行调整。

最小高度：655 mm

支架长度：4470 mm

支架宽度：510 mm

每架立柱数（二根顶梁组合）：8根

初撑力（泵站压力31.5 MPa）： 1980 kN

额定工作阻力（工作状态）：2386KN

移架千斤顶推力/拉力（kN）：98/48

顶梁支架移架步距：≤800 mm。

4 自移式顶梁的应用

在薄煤层或极薄煤层工作面的机械化采煤，一般使用爬底板采煤机割煤和刮板输送机运煤，如使用自移式顶梁支架进行支护，需根据煤层厚度选用规格适宜的支柱。

支架在工作面进行安装时，将支架的前端头与煤壁之间的距离控制在约200 mm，使刮板机紧靠支架上的第一根固定立柱，支架的活动立柱再靠住刮板机，活动立柱前再布置爬底板采煤机。此时支架超前支护约900 mm，采煤机和刮板机均处于支架前探梁的保护之下，并留出了采煤机的通过空间。

当采煤机通过支架后，将活动立柱前移一个步距（约800 mm）再进行支撑，此时刮板机距离活动立柱一个步距，刮板机有了一个步距的前移空间。待采煤机完全通过并再前进一定距离后，可推动刮板机中部槽体向煤壁方向移动一个步距。当刮板机中部槽前移后，顶梁支架前移的空间也已留出，此时即可按顶梁支架的移架操作程序进行移架。

在实际应用中，为了防止立柱在松软底板扎底，可为立柱戴上柱鞋。同时为了防止后部窜矸，可在支架顶梁后端加挂防护板。

5 结语

自移式顶梁支架结构紧凑，成本低廉，安全可靠，操作简单，可有效地对工作面进行支护。自移式顶梁支架与液压支架比较，可有效提升工作面矿工工作空间，增大了行人和材料通过空间，改善作业环境，并可大幅度降低支护成本。与单体支柱支护比较，由于其提高了自动化程度，大幅度降低了矿工劳动强度，生产效率显著提高，工作面的支护质量明显提高。自移式顶梁支架对各类巷道具有良好的适应性，可用于各类薄和极薄工作面，具有良好的市场前景和广泛的社会效益。

参考文献

[1] 刑福康.煤矿支护手册[M].煤炭工业出版社，2009.endprint

摘 要：目前我国在工作面的支护方式均采用落后的坑木支护或单体支柱支护，部分矿井也采用了液压支架支护的方式，但各类支护方式均有不同程度的缺陷。该文提出了在极薄工作面端头采用自移式顶梁支架进行支护，并对设计及其应用情况进行了说明。指出自移式顶梁支架具有结构简单、成本低廉、安全可靠、自动化程度高等特点，可有效降低劳动强度，改善作业环境，对各类工作面巷道有良好的适应能力。是一种具有良好的市场前景和广泛的社会效益的支护装置。

关键词：极薄煤层工作面 顶梁支架 设计 应用

中图分类号：TD421.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0087-02

1 问题的提出

我国小于1.2 m的极薄煤层分布非常广泛，特别是在西南片区的煤炭储量中占有极大的比例。长期以来，极薄煤层的开采非常困难，效率低下、成本高昂，安全压力极大。传统上对极薄煤层的支护一般采用坑木支护或单体支柱支护两种形式，但是这两种支护方式都存在劳动强度大、支护强度低、安全状况差、劳动效率低等缺陷。

近年来，随着采煤技术的发展，在一些矿井的薄煤层也采用了综采和高档普采技术。综采利用爬底板采煤机、液压支架和刮板机配套采煤；但是对于小于1.2 m极薄煤层，使用液压支架支护导致井下作业空间极其狭小，作业环境非常恶劣，同时支护成本也太高。高档普采则利用爬底板采煤机、单体支柱和刮板机配套采煤，但是这又带来新的问题，矿工在井下移柱时劳动强度大、安全压力也较大。因此对于极薄煤层的开采，急需一种新的支护装备来解决面临的问题。

2 支护装备的基本要求

（1）保证工作面主要支护工作机械化，操作简单，降低矿工劳动强度，提高工作面的推进速度。

（2）支护装置应具有较高的支护强度，维护好巷道的顶板，实现对工作面的安全支护。

（3）支护装置应尽量少占用工作断面空间，增大矿工工作空间和人员、材料通过空间。

（4）支护装置应具备一定超前支护的作用，以保护工作面内的采煤机和刮板机。

（5）为保证支护装置的支护强度要求，支架移动时只能局部卸载，以便对工作面顶板有可靠的支护，使顶板不致因反复移架支撑而造成影响。

（6）支护装置应由足够的初撑力，并能做到及时支护，防止直接顶早期离层。

3 自移式顶梁支架的设计

3.1 自移式顶梁支架的结构设计

为了满足极薄煤层工作面支护装置的功能要求，达到设计目的，确定采用并列滑移、液压千斤顶实现自移的顶梁支架结构形式。其基本结构如图1所示。

自移式端头支架的顶板由主梁和副梁两根顶梁构成，顶梁上各装设前探梁一根，前探梁的可拆卸，也可根据工作面布置情况对前探梁长度作适当修改，以满足不同顶板状况的要求。为满足支护强度要求，主梁、副梁和前探梁均采用箱型梁结构。主梁和副梁之间采用滑销和托架进行组合并实现快速组合连接。

每根顶梁上均装设有三根固定立柱，以及一根活动立柱，活动立柱可以支撑在前探梁上的任意位置。从图1可以看出中间两根立柱的安装间距达2390 mm，同时取消了整体底座，保证了足够大的工作空间、行人和材料通过空间，也保证了对不同巷道良好的适应能力。立柱由单体支柱改制而成，可以根据不同的采高更换适当规格的单体支柱。对于极薄煤层而言，采用单体支柱改制而成的立柱，可以减少大量的管路及其附属设施，不占用宝贵的工作空间。

主梁和副梁上分别固定有两件支撑托架，托架的另一端通过滑销分别和主、副梁连接，滑销可在主梁和副梁上专门设计的滑道内自由滑动，即主、副梁之间可以实现在长度方向的自由滑动。但在宽度方向，由于托架和滑销的锁定作用，主、副梁之间不能发生相对位移。通过对滑销和立柱安装方式的特殊设计，该装置可以适应顶板不平和存在一定倾角的能力。

主、副梁上连接固定了一件移架千斤顶，以实现顶梁的自动移动，每次移动的最大距离为800 mm。

3.2 自移式顶梁支架的工作原理

由于自移式顶梁支架的立柱采用单体支柱改制而成，因此其液压控制系统非常简单，操作简便快捷。

3.2.1 支护

在工作面将顶梁支架组合完毕后，用注液枪对主、副梁上的固定立柱注液，支架升起对顶板进行支护，然后在根据工作面割煤情况在前探梁的适当位置支撑起活动立柱，支护工作结束。

3.2.2 移架

自移式顶梁支架的移动方式是主、副顶梁交替跳步式移动，每次必须使主梁前移后，副梁再跟着移动直至主、副梁位置一致，再次移动时仍先移动主梁，后移动副梁。移架的具体步骤为：先卸载主梁上的活动立柱，再依次卸载主梁上的固定立柱，主梁降下并落在副梁上托架上，控制操作阀使移架千斤顶柱头伸出并带动主梁前移，直至移动一个步距后停止。对主梁上的立柱注液，使主梁处于支撑状态；对副梁上的立柱卸载，待副梁下落至主梁上的托架后，控制操作阀使副梁前移直至与主梁平齐，对副梁上的立柱注液，副梁上升并处于支撑状态，直此一个移架循环结束。

3.3 自移式顶梁支架的主要技术参数

最大高度：1250 mm（1.0 m支柱时），最大高度可以根据不同规格的支柱进行调整。

最小高度：655 mm

支架长度：4470 mm

支架宽度：510 mm

每架立柱数（二根顶梁组合）：8根

初撑力（泵站压力31.5 MPa）： 1980 kN

额定工作阻力（工作状态）：2386KN

移架千斤顶推力/拉力（kN）：98/48

顶梁支架移架步距：≤800 mm。

4 自移式顶梁的应用

在薄煤层或极薄煤层工作面的机械化采煤，一般使用爬底板采煤机割煤和刮板输送机运煤，如使用自移式顶梁支架进行支护，需根据煤层厚度选用规格适宜的支柱。

支架在工作面进行安装时，将支架的前端头与煤壁之间的距离控制在约200 mm，使刮板机紧靠支架上的第一根固定立柱，支架的活动立柱再靠住刮板机，活动立柱前再布置爬底板采煤机。此时支架超前支护约900 mm，采煤机和刮板机均处于支架前探梁的保护之下，并留出了采煤机的通过空间。

当采煤机通过支架后，将活动立柱前移一个步距（约800 mm）再进行支撑，此时刮板机距离活动立柱一个步距，刮板机有了一个步距的前移空间。待采煤机完全通过并再前进一定距离后，可推动刮板机中部槽体向煤壁方向移动一个步距。当刮板机中部槽前移后，顶梁支架前移的空间也已留出，此时即可按顶梁支架的移架操作程序进行移架。

在实际应用中，为了防止立柱在松软底板扎底，可为立柱戴上柱鞋。同时为了防止后部窜矸，可在支架顶梁后端加挂防护板。

5 结语

自移式顶梁支架结构紧凑，成本低廉，安全可靠，操作简单，可有效地对工作面进行支护。自移式顶梁支架与液压支架比较，可有效提升工作面矿工工作空间，增大了行人和材料通过空间，改善作业环境，并可大幅度降低支护成本。与单体支柱支护比较，由于其提高了自动化程度，大幅度降低了矿工劳动强度，生产效率显著提高，工作面的支护质量明显提高。自移式顶梁支架对各类巷道具有良好的适应性，可用于各类薄和极薄工作面，具有良好的市场前景和广泛的社会效益。

参考文献

[1] 刑福康.煤矿支护手册[M].煤炭工业出版社，2009.endprint

摘 要：目前我国在工作面的支护方式均采用落后的坑木支护或单体支柱支护，部分矿井也采用了液压支架支护的方式，但各类支护方式均有不同程度的缺陷。该文提出了在极薄工作面端头采用自移式顶梁支架进行支护，并对设计及其应用情况进行了说明。指出自移式顶梁支架具有结构简单、成本低廉、安全可靠、自动化程度高等特点，可有效降低劳动强度，改善作业环境，对各类工作面巷道有良好的适应能力。是一种具有良好的市场前景和广泛的社会效益的支护装置。

关键词：极薄煤层工作面 顶梁支架 设计 应用

中图分类号：TD421.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0087-02

1 问题的提出

我国小于1.2 m的极薄煤层分布非常广泛，特别是在西南片区的煤炭储量中占有极大的比例。长期以来，极薄煤层的开采非常困难，效率低下、成本高昂，安全压力极大。传统上对极薄煤层的支护一般采用坑木支护或单体支柱支护两种形式，但是这两种支护方式都存在劳动强度大、支护强度低、安全状况差、劳动效率低等缺陷。

近年来，随着采煤技术的发展，在一些矿井的薄煤层也采用了综采和高档普采技术。综采利用爬底板采煤机、液压支架和刮板机配套采煤；但是对于小于1.2 m极薄煤层，使用液压支架支护导致井下作业空间极其狭小，作业环境非常恶劣，同时支护成本也太高。高档普采则利用爬底板采煤机、单体支柱和刮板机配套采煤，但是这又带来新的问题，矿工在井下移柱时劳动强度大、安全压力也较大。因此对于极薄煤层的开采，急需一种新的支护装备来解决面临的问题。

2 支护装备的基本要求

（1）保证工作面主要支护工作机械化，操作简单，降低矿工劳动强度，提高工作面的推进速度。

（2）支护装置应具有较高的支护强度，维护好巷道的顶板，实现对工作面的安全支护。

（3）支护装置应尽量少占用工作断面空间，增大矿工工作空间和人员、材料通过空间。

（4）支护装置应具备一定超前支护的作用，以保护工作面内的采煤机和刮板机。

（5）为保证支护装置的支护强度要求，支架移动时只能局部卸载，以便对工作面顶板有可靠的支护，使顶板不致因反复移架支撑而造成影响。

（6）支护装置应由足够的初撑力，并能做到及时支护，防止直接顶早期离层。

3 自移式顶梁支架的设计

3.1 自移式顶梁支架的结构设计

为了满足极薄煤层工作面支护装置的功能要求，达到设计目的，确定采用并列滑移、液压千斤顶实现自移的顶梁支架结构形式。其基本结构如图1所示。

自移式端头支架的顶板由主梁和副梁两根顶梁构成，顶梁上各装设前探梁一根，前探梁的可拆卸，也可根据工作面布置情况对前探梁长度作适当修改，以满足不同顶板状况的要求。为满足支护强度要求，主梁、副梁和前探梁均采用箱型梁结构。主梁和副梁之间采用滑销和托架进行组合并实现快速组合连接。

每根顶梁上均装设有三根固定立柱，以及一根活动立柱，活动立柱可以支撑在前探梁上的任意位置。从图1可以看出中间两根立柱的安装间距达2390 mm，同时取消了整体底座，保证了足够大的工作空间、行人和材料通过空间，也保证了对不同巷道良好的适应能力。立柱由单体支柱改制而成，可以根据不同的采高更换适当规格的单体支柱。对于极薄煤层而言，采用单体支柱改制而成的立柱，可以减少大量的管路及其附属设施，不占用宝贵的工作空间。

主梁和副梁上分别固定有两件支撑托架，托架的另一端通过滑销分别和主、副梁连接，滑销可在主梁和副梁上专门设计的滑道内自由滑动，即主、副梁之间可以实现在长度方向的自由滑动。但在宽度方向，由于托架和滑销的锁定作用，主、副梁之间不能发生相对位移。通过对滑销和立柱安装方式的特殊设计，该装置可以适应顶板不平和存在一定倾角的能力。

主、副梁上连接固定了一件移架千斤顶，以实现顶梁的自动移动，每次移动的最大距离为800 mm。

3.2 自移式顶梁支架的工作原理

由于自移式顶梁支架的立柱采用单体支柱改制而成，因此其液压控制系统非常简单，操作简便快捷。

3.2.1 支护

在工作面将顶梁支架组合完毕后，用注液枪对主、副梁上的固定立柱注液，支架升起对顶板进行支护，然后在根据工作面割煤情况在前探梁的适当位置支撑起活动立柱，支护工作结束。

3.2.2 移架

自移式顶梁支架的移动方式是主、副顶梁交替跳步式移动，每次必须使主梁前移后，副梁再跟着移动直至主、副梁位置一致，再次移动时仍先移动主梁，后移动副梁。移架的具体步骤为：先卸载主梁上的活动立柱，再依次卸载主梁上的固定立柱，主梁降下并落在副梁上托架上，控制操作阀使移架千斤顶柱头伸出并带动主梁前移，直至移动一个步距后停止。对主梁上的立柱注液，使主梁处于支撑状态；对副梁上的立柱卸载，待副梁下落至主梁上的托架后，控制操作阀使副梁前移直至与主梁平齐，对副梁上的立柱注液，副梁上升并处于支撑状态，直此一个移架循环结束。

3.3 自移式顶梁支架的主要技术参数

最大高度：1250 mm（1.0 m支柱时），最大高度可以根据不同规格的支柱进行调整。

最小高度：655 mm

支架长度：4470 mm

支架宽度：510 mm

每架立柱数（二根顶梁组合）：8根

初撑力（泵站压力31.5 MPa）： 1980 kN

额定工作阻力（工作状态）：2386KN

移架千斤顶推力/拉力（kN）：98/48

顶梁支架移架步距：≤800 mm。

4 自移式顶梁的应用

在薄煤层或极薄煤层工作面的机械化采煤，一般使用爬底板采煤机割煤和刮板输送机运煤，如使用自移式顶梁支架进行支护，需根据煤层厚度选用规格适宜的支柱。

支架在工作面进行安装时，将支架的前端头与煤壁之间的距离控制在约200 mm，使刮板机紧靠支架上的第一根固定立柱，支架的活动立柱再靠住刮板机，活动立柱前再布置爬底板采煤机。此时支架超前支护约900 mm，采煤机和刮板机均处于支架前探梁的保护之下，并留出了采煤机的通过空间。

当采煤机通过支架后，将活动立柱前移一个步距（约800 mm）再进行支撑，此时刮板机距离活动立柱一个步距，刮板机有了一个步距的前移空间。待采煤机完全通过并再前进一定距离后，可推动刮板机中部槽体向煤壁方向移动一个步距。当刮板机中部槽前移后，顶梁支架前移的空间也已留出，此时即可按顶梁支架的移架操作程序进行移架。

在实际应用中，为了防止立柱在松软底板扎底，可为立柱戴上柱鞋。同时为了防止后部窜矸，可在支架顶梁后端加挂防护板。

5 结语

自移式顶梁支架结构紧凑，成本低廉，安全可靠，操作简单，可有效地对工作面进行支护。自移式顶梁支架与液压支架比较，可有效提升工作面矿工工作空间，增大了行人和材料通过空间，改善作业环境，并可大幅度降低支护成本。与单体支柱支护比较，由于其提高了自动化程度，大幅度降低了矿工劳动强度，生产效率显著提高，工作面的支护质量明显提高。自移式顶梁支架对各类巷道具有良好的适应性，可用于各类薄和极薄工作面，具有良好的市场前景和广泛的社会效益。

参考文献

[1] 刑福康.煤矿支护手册[M].煤炭工业出版社，2009.endprint