ZCT8500/22/40型端头液压支架在高河煤矿充填工作面的应用

2021-09-15郭利新

煤 2021年9期

郭利新

(晋能控股装备制造集团煤炭技术装备公司，山西长治 046204)

以潞安化工集团高河能源为例，“三下”压煤十分严重，井田内压煤村庄38座，中部坐落有长子县宋村工业园，S326省道、太焦铁路和本矿铁路专用线横穿井田，全矿“三下”压煤总量多达3.72亿t，若不能有效解决“三下”压煤开采问题，7年左右该矿就将面临资源枯竭的困境。经多次调研确定，选择充填首试工作面在E1302村庄保护煤柱部分，煤层厚度平均6.7 m，面长230 m，推进长度390 m。首试充填面设计利用该面现成的四条沿底板掘进回采巷道，采用分层充填开采技术，先采顶分层再采底分层，采用高效充填支架和速凝技术，实现“采煤-充填”两个班一个采充循环的高效采充模式，采用“四六”制作业，一天两班采煤，两班充填，充填步距1.6 m，日进尺3.2 m，两条回采巷道在顶分层充填开采时均沿空留巷，留着底分层充填工作面使用如图1所示。

图1 工作面布置

1 端头液压支架主要技术特征

1.1 主要技术参数

支架型号：ZCT8500/22/40；支架高度：2 200～4 000 mm；支架宽度：2 080 mm；初撑力：7 752 kN(31.5 MPa)；工作阻力：8 500 kN(34.5 MPa);支护强度(按滑移梁面积计算)：3.13～3.43 MPa；对底板平均比压：1.39～1.52 MPa；泵站压力：31.5 MPa；采用本架手动控制操纵。

主要千斤顶规格：前后双伸缩立柱：缸径(一级/二级)D280/200 mm，杆径(一级/二级)D260/185 mm；侧伸千斤顶：D180 mm；推移千斤顶：D160 mm；滑移梁千斤顶：D100 mm；摆动千斤顶：D63 mm；隔离侧推千斤顶：D80 mm；中隔离侧推千斤顶：D80 mm；下隔离侧推千斤顶：D80 mm。

1.2 主要结构组成

该端头液压支架分前后两部分，主要由顶梁、底座、隔离板、可调位横梁、四连杆机构、推移机构、立柱和千斤顶、液压系统等构成如图2所示。

图2 端头液压支架结构示意

2 端头液压支架基本特点

1) 隔离板为二级伸缩板组合式，与顶梁铰接。

2) 与顶板接触为可调位横梁，通过调整横梁位置，横梁避开锚杆、锚索位置，达到保护巷道锚杆/锚索目的。

3) 设置折叠式水平千斤顶，保证抵抗膏体侧压力，又具有调架作用。

4) 顶梁对称式结构，两侧都可挂隔离板，选择不同侧挂隔离板，能够适应不同推进方向、上下端头隔离需要。

5) 隔离板与充填支架隔离板为靠近式连接，适应工作面上下出口，基本上下位置错动。

6) 隔离板分前后体，相互支撑，通过本身推移机构独立前移。

3 端头液压支架工作方法

该端头液压支架设计目的：一是配合前面充填支架，让充填区形成一个封闭空间，便于膏体充填；二是为保留已有巷道，有利于巷道再用，降低掘巷成本。

该端头液压支架由前后由两大部分组成，与工作面设备不连接，实现独立自移。

首先前部分由底座、顶梁、四连杆机构及立柱组成一组支架，能单独进行升降。隔离充填部分工作方法：顶梁一侧安装上隔离，底座一侧安装下隔离，下隔离与上隔离之间通过中隔离千斤顶调节伸收，通过支架立柱升高撑顶和中隔离千斤顶伸出压紧作用，并且在顶板和底板采用可以多次重复使用的、高强度人造纤维绳捆扎成“捆绳”连续柔性条进行隔离，共同使其顶底板密闭；再通过调节上隔离侧推和下隔离侧推，使其前后方向一侧与充填支架接触封闭，另一侧与充填体接触封闭；使其共同受力作用，形成一个密闭空间，确保膏体与速凝剂通过管道混合器混合后充入充填支架隔离的采空区，让膏体快速凝固形成支撑结构，支撑控制上覆岩层。

其次后部分由后底座、立柱及后立柱柱帽组成一个支撑机构，起到支撑作用。

最后由前部分和后部分通过底座连接梁和推移千斤顶连接共同形成端头液压支架。自移留巷工作方法：先让端头液压支架撑顶，使其隔离空间形成并进行充填，膏体快速凝固后形成充填体；然后让后部分继续撑顶，前部分立柱降低离顶，通过作用推移千斤顶，推移伸出步距800 mm，使前部分向前移动一个步距；再把前部分立柱升高撑顶，把后部分立柱降低离顶，通过作用推移千斤顶，让推移收回步距800 mm，带动后部分向前移动一个步距，这样形成一个循环运动。往复交替动作，这样就实现了自移。原来的巷道煤壁侧由充填体代替，使其还是完整的巷道，便于下次再利用，节省了掘巷成本。

4 应用效果

该端头液压支架配合充填支架在高河能源充填工作面取得了非常好的效果。主要表现在：待充填区有效、全过程支护；隔离不需要辅助临时支护；隔离辅助工作量小，工人隔离不需要每架爬上爬下，工人劳动强度小；使用可重复使用的连续捆绳代替草苫，双层布隔离，隔离辅助材料使用量少，减少了成本投入；主动支护待充填区，隔离速度快，实现高效隔离，取消隔离班。