综采工作面超前支护液压支架设计

邹雁斌

（山西晋能控股煤业集团长治仙泉煤矿，山西 长治 047100）

引言

晋能控股煤业集团寺河矿大采高和放顶煤综采工作面顺槽端头区域基本采用单体液压支柱配合金属铰接顶梁进行超前支护，支护高度低、支护力小、不能自移、工人劳动强度大，存在安全隐患。针对存在的问题，需设计一套综采超前支护液压支架[1]，通过该超前支护液压支架技术，可减轻工作面工人劳动强度，提高支护强度和效率，实现煤矿综采工作面快速推进并达到安全高产高效的生产目的。

1 超前支护液压支架整体设计

超前支护液压支架共三组六架，单架架型为两柱支撑掩护式架型[2]，共由六个单架通过推移、防倒、底调等千斤顶连接组成。六个单架分为三组，最靠近工作面的两架为一号支架组，距工作面最远的两架为三号支架组，中间两架为二号支架组，如图1所示。

图1 超前支护液压支架侧视图及俯视图

三组支架组均为两柱支撑掩护式架型结构，整体底座，顶梁为整体顶梁铰接挑梁[3]。结构件主要由挑梁、顶梁、掩护梁、前后连杆、底座等组成。

每组支架都由左右两架组成，分列于巷道两侧，左右两架支架的顶梁、底座之间都连接有防倒调架千斤顶，互为扶持防倒，防倒顶调千斤顶行程1 150 mm，距巷道顶面400 mm，防止与锚杆、锚索干涉；防倒底调千斤顶行程1 150 mm，距地面200 mm，防止与巷道底鼓干涉，可以满足前后支架推移步距900 mm的需要，通过防倒调架千斤顶的调节可使左右两架并列支架之间的距离达到2 540 mm，满足工作面进配件的要求，如图2所示。

图2 超前支护液压支架断面图

2 主要结构件设计

2.1 顶梁

顶梁直接与顶板接触，是支架的主要承载部件之一[4]，作用是支撑巷道顶板和传递顶板压力。因此，采用整体式箱形焊接结构，前部铰接有挑梁，能很好地适应巷道顶板不平整的情况。处于顶梁上的两柱帽主要传递立柱的支撑力，铰接立柱的柱头。左、右支架的顶梁结构基本一样，与立柱和掩护梁等部件连接，如图3所示。

图3 顶梁结构图

2.2 掩护梁

掩护梁在液压支架工作运行中起到抗扭和支撑维护巷道的作用。掩护梁与顶梁、连杆等部件连接，其结构形式为结构为箱件。掩护梁前端和后端分别与顶梁铰接和前后连杆铰接，并通过底座和连杆组成四连杆机构，是液压支架重要的组成部分。该机构使掩护梁与顶梁铰接形成一个双扭线的运动轨迹，当液压支架在上下升降时，使超前支架形成一个稳定、合理的运动，如图4所示。

图4 掩护梁结构图

2.3 连杆

连杆在超前液压支架中承受压力、水平力、及拉力而产生的扭曲力，其结构形式为箱形，并与掩护梁和底座铰接，为四连杆机构中最为关键的结构。该结构使超前液压支架做升降运行时，使超前液压支架的运动形成一条双扭线的运动轨迹，最终满足超前液压支架能够平稳运行。

2.4 底座

底座不仅要满足刚度和强度的要求，还要适应底板结构的不稳定性，同时对底板接触比压不能太大。底座与推移千斤顶、立柱、四连杆等部件的连接，其结构形式为箱体，是稳定支架的部件，主要将顶板压力传递给底板，并受到顶梁、立柱传递来的顶板垂直压力，同时还受到由底板向上的作用力，及四连杆机构传递的扭曲力、拉力和压力等，如图5所示。

图5 底座结构图

3 结论

1）支护面积大。超前支护液压支架顶梁与巷道顶板接触面积远远大于单体柱与巷道顶板接触面积。

2）工序简单，劳动强度低。采用超前支护液压支架，只需要一人即可实现移架、支护作业，工序简单，减人提效，同时大大降低了工人的劳动强度。

3）使用周期长。由于超前支护液压支架是整体受力，遇到顶板压力较大时，不容易压坏，损坏几率小，使用周期短。

4）安全性高。工人移架作业时，可在有支护顶板的安全区域进行临架操作，避免了单体柱撤柱、移柱、支柱时的局部空顶作业。且超前支架的自移，避免了人工移动单体柱时可能造成的伤害。