浅谈综放工作面端头支护技术及其应用

2021-06-15赵娜

煤 2021年6期

赵娜

(晋能控股装备制造集团煤炭技术装备有限责任公司，山西长治 046204)

综放工作面端头是指煤矿井下综放工作面与进风巷、回风巷的交接处，是工作面实现采煤、运输、支护、通风的关键点，这里设备布置密集，互相搭接紧凑，同时要兼顾行人、通风要求，简称 “三角区”。是受采动影响最大，矿压显现剧烈，顶板无支护空间大，所以端头既是顶板维护的重点，又是顶板管理的难点。端头管理和支护的好坏，是决定工作面能否正常运转和工作面安全程度的关键。目前潞安化工集团各矿井主要有以下几种支护技术和支护装备。

1 端头支护技术及其组成

1) 采用π型顶梁、大板配合单体支柱进行支护。该支护方式为潞安化工集团巷道普遍支护方式，常用π型梁规格，断面100 mm×95 mm，长度4.6 m，20 kg/m，重量约100 kg，单体柱DW-45/110,最大高度4.5 m,重量约120 kg，巷道断面通常采用“一梁三柱”支护方式，沿巷道走向间距800 mm。遇顶板破碎时单体柱更密集，在工作面回采过程中需不断对π型顶梁、大板、单体柱进行回撤操作，满足生产需求。

优点：适应任何工作面巷道条件，对巷道断面宽度高度没有要求，对设备动作没要求；

缺点：支护强度低，底板较软时单体液压支柱钻底量大，回撤困难，对于顶板压力较大的煤层，又容易卸压，造成三角区顶板下沉；同时支护速度慢，制约了采煤工作面推进速度，难以实现高产高效；全部采用人工进行支护和回撤工序，劳动强度大，成本高、安全性差[1]。

2) 采用端头副架配合大板、单体柱进行支护。潞安化工集团主体矿井运输巷端头广泛使用这种支护方式，如图1所示，巷道顶板用大板护顶，巷道里帮煤壁由端头副架替代单体柱对大板进行支护，端头副架固定在装载机靠近煤壁里帮一侧，跟随转载机一起移动，与过渡支架形成迈步移动，煤壁外帮继续使用单体柱支护。能够保证端头区域有效作业空间，满足通风和人员安全操作要求。

图1 巷道断面支护方式

1.1 结构组成

如图2所示，端头副架主要由前顶梁、后顶梁、尾梁、底座、护罩、立柱、尾梁千斤顶等组成。

图2 端头副架架型及布置

其中，前立柱、中立柱支撑的前顶梁对前部刮板输送机形成有效支护，保证机头上方顶板稳定，满足作业空间要求，中立柱、后立柱支撑的后顶梁形成有效行人通道空间，底座、护罩将前、中、后立柱固定到转载机侧面防止端头副架倾倒。立柱连接采用柱窝结构形式，连接销轴不受力。

优点：端头副架简单便捷，随转载机同步移动；降低了单体柱支护大板经常脱落风险，保证了大板对巷道顶板持续有效的支护。

缺点：端头副架顶梁、尾梁重量大，底座重量轻，形成头重脚轻结构稳定性较差，同时顶梁梁体跨度大强度弱，容易弯曲；煤壁外需结合单体柱进行支护。

1.2 典型架型

潞安化工集团端头副架典型架型为ZT2200/24/38型，工作阻力2 200 kN、最大高度3 800 mm满足绝大多数矿井的巷道高度要求。主要技术参数见表1。

表1 ZT2200/24/38主要支架技术参数

2 使用迈步自移式端头支架

随着综放技术的不断完善和提高，综放工作面机械化、自动化进程不断加速，综放工作面端头支架的应用显得尤为重要, 根据采面的地质条件、煤层倾角和厚度等综合因素考虑，选取合适的端头支架技术参数，为提高综采工作面的安全性和可靠性创造有利条件，是提高综采工作面安全、高产和高效的重要途径。潞安化工集团司马煤业、古城煤矿、余吾煤业均使用迈步式端头支架。

综放工作面端头支架在工作面三机配套时进行端头支架配套，预留设备安装空间及连接方式。端头支架具备有效的移架、防倒、护顶、调架功能，布置在运输巷转载机两侧，支架采用两根推移油缸以转载机为支点实现自移，必要时推移转载机。有效维护端头作业空间，并具有遮护转载机机尾功能。

2.1 结构组成

如图3所示，综放工作面运输巷端头支架常规结构设计为中置式八柱两架一组结构形式，左、右两架对称布置以适应左右工作面使用。支架主要由前梁、顶梁、掩护梁、前后连杆、底座、侧帮板、连接杆、立柱、推移千斤顶、前梁千斤顶、侧帮千斤顶、防倒千斤顶等组成。

图3 端头支架架型及布置

前端采用铰接前梁结构以适应前端顶板起伏，顶梁、底座整体长度较大，为保证支架的运输方便，更好的适应巷道顶底板条件，顶梁、底座设计为铰接结构，顶梁分为前顶梁、中顶梁、后顶梁三部分，底座分为前底座、中底座、后底座三部分，前、后部均有四连杆稳定机构，确保支架前后水平位移稳定性。

如图4所示，支架顶梁两侧设置侧帮板，能够更好的支护顶板，防止矸石掉落，侧帮板能够随时收回或拆除适应支护巷道断面尺寸的变化；顶梁处设置三组防倒千斤顶，防止支架移架过程的歪斜，顶梁调架千斤顶处连接耳与梁体距离加大，保证左右支架在高低落差较大时调架千斤顶不受力。

图4 端头支架断面布置表2 ZT25000/25/55型支架主要技术参数

优点：端头支架完全代替单体柱，机械化程度高，支护强度高，安全性高，可靠性强，性能优越，护顶面积大，实现对顶板的完全支护；

缺点：支架重量大，对顶板重复支护次数多，容易造成顶板破碎垮落，顶底板条件恶劣时拉架困难。

2.2 典型架型

潞安化工集团端头支架典型架型为古城矿ZT25000/25/55型端头支架，工作阻力25 000 kN、最大高度5 500 mm主要技术参数见表2。

序号项目名称参数1支架最低高度2 500 mm2支架最大高度5 500 mm3支架初撑力20 267 kN4支架工作阻力25 000 kN5支架安全阀压力38.9 MPa6支架支护强度约0.65 MPa7支架泵站压力31.5 MPa8支架移架步距800 mm9支架操作方式手动操作10立柱型式双伸缩11立柱缸径D320/D230 mm12立柱柱径D295/D210 mm13立柱行程2 860 mm14立柱初撑力2 533 kN15立柱工作阻力3 125 kN

3 新型门式支架支护

该架型是山西天地煤机装备公司设计开发，用于工作面回风巷道支撑，避免对顶板的重复支撑，不破坏顶板锚杆、锚索，但需要专用支架搬运车进行移架。如图5所示。

图5 门式支架

门式支架采用两柱一梁框架式结构，支架的支护长度可根据巷道宽度设计，架间距0.8～1.5 m；纵向布置巷道的两排锚杆之间，实现巷道超前支护50～100 m。横梁前后两侧通过圆环链条互相连接，在支护过程中可与前后相邻的单跨支撑装置相连，形成一个整体，避免支撑装置倾斜，保证安全。目前仅在高河能源进行试用。