中小型煤矿采煤支护装备更新换代研究

侯英树

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714119

摘要：中国平煤神马集团许平煤业公司管辖的整合矿井，从地质条件出发，结合矿井现状和企业的资金情况，设计试用轻型拉杆垛式支架，具备机采和炮采两种落煤方式，能保证支护、保证有效的通风断面、减轻井下劳动作业人数、减轻劳动强度、提高功效，充分解决许平煤业公司整合煤矿安全问题。

关键词：中小煤矿；支护装备；更新换代；研究

河南省许平煤业有限公司（简称许平煤业公司）是中国平煤神马集团煤炭生产专业化管理公司，对所属主体单位及整合煤矿进行业务管理，近年来整合煤矿在采煤支护装备上还很落后，这就急需一套适合整合煤矿的新型装备，以保障整合煤矿的安全高效生产。

1 整合煤矿存在的问题及改造要求

1.1 生产系统及工艺存在问题

许平煤业公司管辖的整合矿井，存在以下共性问题：

（1）在建矿初期，缺乏资金投入，在技术改造上没有达到规范，现有井口及巷道断面小，提升能力低，生产装备水平低，全面改造费用高。

（2）许多完整井田被人为分割破坏，资源储量小，单井生产能力弱，综合开采程度低，资源浪费严重。

（3）目前上述类型的矿井井下采煤仍然采用单体支柱、滑移支架或整体顶梁组合支架作为支护顶板的炮采。

根据国家、省政府提升煤矿装备水平规定的要求，以及集团公司取消单体柱炮采的要求，如果在整合煤矿一刀切地实现综合机械化开采，由于矿井井田面积小，煤层赋存不稳定造成走向长度或工作面短，井下搬家频繁，大型机械化很难实现，另一方面由于井口及现有巷道断面尺寸小，体积大的设备不利于在这些矿井使用。因此，从许平煤业公司的地质条件出发，结合矿井现状和企业的资金情况，选择能保证支护、保证有效的通风断面、减轻井下劳动作业人数、减轻劳动强度、提高功效的成套设备，充分解决许平煤业公司整合煤矿安全问题非常有必要，是势在必行。

1.2 使用设备存在的问题

1.2.1 单体支柱

采用单体支柱，工艺落后、安全隐患大，易发生摧垮型、漏冒型冒顶事故。集团公司已下发文件，淘汰单体住支护采煤工艺。

1.2.2 整体顶梁组合支架

公司有部分整合煤矿使用这种支架，由于整体顶梁组合支架是一个平行四边形支撑力学机构，支架易出现梁端前倾、前柱钻底、支架卡别和老塘窜矸等现象，继而会出现机道片帮、漏顶问题，不能为采煤机、刮板机提供移动支撑点。

针对上述存在的问题，对整合煤矿进行现场考察，研究解决问题的方法，对新支架及工艺提出以下要求：

主导思想：地质构造复杂区域，设计试用轻型拉杆垛式支架，根据情况，具备机采和炮采两种落煤方式。炮采时，能做到装煤、移溜、放煤机械化，提高工效1.52倍。

（1）前期炮采后期机采，支架机炮两用。

（2）解决现有组合支架扎底，仰采、俯采、大傾角、三软等特殊地质条件下不稳定、易倒架现象，提高安全性。

（3）解决中小型矿井煤层变化大、工作面短的开采工艺技术，提高煤矿整体资源回收率，解决资源浪费问题。

（4）解决由于过去采煤方法落后遗留在井下残存煤柱的回收，提高资源利用率问题。

（5）解决悬移支架开采铺网、铺荆芭辅助材料用量大、成本高的问题。

（6）解决快速移架，加快推进速度，提高生产效率问题。

（7）解决炮采快速装煤，减轻工人劳动强度问题。

（8）解决刮板输送机快速移動，减轻工人劳动强度问题。

（9）解决本地区现有组合支架升级问题。

实现的经济和管理目标：

（1）工作面推进速度提高50%以上。

（2）工作面产量提高50%以上。

（3）工作面直接参与劳动人数：现有人员降低20%左右，实现减员增效。

（4）工作面辅助材料：铺网、铺荆芭辅助材料降低50%左右。

2 开采工艺技术方案与液压支架选型

2.1 选型原则

影响液压支架选型的主要因素有顶板（直接顶、老顶）和底板岩性，煤层可采厚度，煤层倾角，煤层瓦斯含量等。支架选型遵循4个原则：

（1）支护强度与工作面矿压相适应。

（2）支架架型结构与煤层赋存条件相适应。

（3）与底板的比压与底板的抗压强度相适应。

（4）支架通风断面与工作面通风要求相适应。

2.2 不建议使用架型

对于软底和不宜冒落切顶的地质条件，特别是四连杆支架要慎用。四连杆掩护梁过长，支架过长，合力作用点靠前。两柱掩护式支架底座前端比压大，支架扎底，不适合软底板，掩护梁托矸，切顶能力弱，顶板不及时充填，切顶线前移，压力大，支架成高射炮。

2.3 工作面设计

2.3.1 工作面回采方向及超前关系

工作面布置在采区内采用前进式，回采工作面采用后退式开采。

2.3.2 工作面长度

工作面的产量和效率是随着工作面长度的增加而提高，加大工作面长度不仅减少了准备和回采的工程量，而且也相对减少了端头、进刀等辅助作业时间，保证工作面高产高效，为保证通风和行人安全需要，工作面长度不宜过大。工作面的长度选取除了考虑通风、行人外，还要考虑煤层的发火和水及底板状况，对于发火期较短的煤层和底板较软、水大的煤层，为便于管理，工作面不宜过长，一般选取在100米为较好，便于管理。

推进长度的提高，减少了搬家倒面次数，为工作面连续稳定高产创造了条件。合理确定工作面推进长度。

2.4 选用垛式拉杆支撑式支架

液压拉杆垛式系列“机炮”两用拉杆垛式液压支架，它是介于综采液压支架和托梁式整体顶梁支架之间的一种煤矿井下支护，设备的主要作用是维护采煤工作面顶板，并隔离采空区，为采煤机和输送机的操纵人员提供安全的工作空间，并能推动工作面输送机向煤壁方向移动，同时还可以以输送机为支点，实现液压支架的自移，从而实现综合机械化采煤，支架优点如下：

（1）拉杆垛式液压支架是在总结现有整体顶梁组合支架和掩护式液压支架经验基础上发明的，克服了现有组合支架头重脚轻不稳定的不足，可以机采也可以炮采，满足国家机械化开采要求。

（2）支架结构简单，投资少，适应多种地质条件，使用过程中它具有整体顶梁支架小巧的灵活方便性，又具有综采支架推溜移架自身的稳定性的可靠性特点，可以实现机械化采煤。

（3）“两薄”设计，即顶梁前端薄和底座前端薄，确保人行通道的畅通。

（4）“双通道”设计，既保留现有两柱四连杆支柱前段行人特点，同时吸取垛式支架支撑的特点，通风断面大，更有利于高瓦斯煤层开采和高瓦斯解放层开采使用。（前柱前可行人，当煤层突出，两柱之间可行人）。

（5）“双小”设计，保留组合支架架型小，安装搬家运输方便的特点，实现小支柱高支护强度的特点。

（6）“双工艺”设计，支架既可以炮采也可以机械化开采。

（7）采用垛式结构，没有掩护梁切顶效果好，顶板冒落对支架影响小，更适应大倾角开采。

（8）采用普通正装千斤顶、短推杆的推移机构。

（9）支架采用拉杆机构，解决了支架低头问题，结构简单安全可靠。

（10）底座采用封底结构，满足三软条件。

（11）放炮后，刮板机在推移油缸作用下装煤，工人劳动强度低，效率高，在同等条件下生产效率是现有组合支架的35倍，产量提高25倍。

3 架型比较

（1）根据我国现有薄煤层机械化开采技术，采用全部电牵引自动化开采投入较大，采用普通机械化开采，特别是煤层倾角较大的条件下，工作面采煤机设备的安装、拆除、回撤及日常割煤的操作与维护受空间的影响，往复式跟机作业困难，对管理技术要求较高，中小型矿井建议采用炮采更便于管理。

（2）组合支架由于受托梁的影响行人空间过低，建议采用垛式拉杆支撐支架。

（3）组合支架是采用四根支柱支撑在顶梁上不稳定，不能抗顶板来压产生的水平力，不能有效的控制顶板，支架不稳定易造成井下冒顶事故，对顶板适应性差，特别是倾斜工作面容易倒架，垛式拉杆支撑支架克服了其不足。

（4）组合支架是采用炮采人工铁锹装煤，工人劳动强度高，垛式拉杆支撑支架采用推溜液压装煤技术，放炮后采用支架推移刮板输送机装煤，工人劳动强度低，装煤效率高等优点，这是组合支架不具備的。

（5）组合支架是采用全工作面整体移动，移架速度慢不能及时支护，拉杆垛式支撑支架采用单架独立控制系统，其操作和综采支架一样整体拉架，移架速度快、稳定、效率高。

（6）组合支架由于受托梁的影响，上下行程小，对顶板适应性差。

（7）组合支架由于托梁的限制，在实际使用过程中是等劲，主动控制顶板能力差。

（8）组合支架采用支柱直接与底板接触，支架容易扎底，主动控制顶板能力更差，由于头重脚轻引发咬架倒架。

（9）两柱掩护式支架重量大，前端比压大，不适合软底。

（10）两柱掩护式支架切顶能力弱，不利于后部充填冒落，同时有效通风断面小。

4 结论

垛式拉杆支撑支架是介于综采液压支架和托梁式整体顶梁支架之间的一种煤矿井下支护。

（1）支架成功的解决了现有组合支架头重脚轻、不适应三软煤层、倾角大煤层、倒架咬架不足，适应多种地质条件。

（2）支架在使用过程采用推溜液压装煤技术，装煤效率高，工人劳动强度低。

（3）支架具有整体顶梁支架部件小巧灵活方便性，又具有综采支架推溜移架自身的稳定性、可靠性，支架可以机采也可以炮采，结构简单，投资少，维护费用低。

参考文献：

[1]赵建平.中小型煤矿采煤工作面合理支护设计[J].地质矿产，2014.

[2]于健浩，毛德兵.我国中小煤矿发展现状及其安全高效开采模式研究[J].煤矿开采，2014.

[3]苟晓明.煤矿用液压支架的轻量化设计与研究[D].重庆：重庆理工大学，2014.