综放工作面超前支护液压支架的研发与应用

原 波

（晋能控股煤业集团长平公司，山西 晋城 048000）

引言

传统的单体液压支柱进行综放工作面回采巷道超前支护时，仅一个顺槽就需要上百根，工作量较大，而所能起到的效果有限，回柱时面临的安全风险大，单体柱超前支护工艺已经成为影响综放工作面安全高效运行的重要因素之一[1-2]。而现有的超前支护支架又存在各种不足，对井下条件适应性差。因此，研制一套综放工作面回采巷道用超前支护液压支架解决以上问题，对长平煤矿的安全高效生产具有十分重要的意义。

1 现有超前支架的缺点

超前支护支架取代传统单体柱支护，是煤矿研究的重要部分，尤其是对于综放工作面的超前支护支架。现在国内外已有多种超前支架，如悬移式、滑移式、跨骑式等，这些超前支架存在以下缺点：

1）支护阻力较小，结构复杂，移动困难，对井下条件适应性差，不能适应大断面巷道的需要。

2）由于破碎机、转载机的存在，使得超前支架体积大、重量大，安装运输困难，同时对巷道断面有较高的要求[3-4]。

2 超前支护液压支架研发

2.1 研发的技术关键

超前支护液压支架研发的技术关键为：

1）总体方案设计，尤其是与转载机、破碎机之间的配套关系。

2）油缸的选型。首先是立柱，根据井下实际支护阻力及最低、最高支护高度，计算确定油缸的外形尺寸和行程。其次是横连油缸，根据液压支架的整体推移步距，确定伸缩油缸。

3）立柱的位置布置。根据有限元模拟，确定最佳支护角度和中间距离，确保装备的安全性和支护重量的稳定。

4）底座结构设计。结构设计要充分考虑对地比压，不能下陷；其次底座船型结构确保移架顺利，不能扎底。

5）液压系统美观性。液压系统除了基本功能要实现外，还要保持管路整洁、美观。

2.2 支架设计方案

超前支护液压支架支护方案如图1、图2 所示，超前支护液压支架共6 架，左右两架组成一组，左右架分列于转载机两侧。每组支架的顶梁由两根调架油缸连接，互为扶持防倒，第一组支架的底座在转载机桥部两侧，下设1 根调架油缸，从转载机桥部下面穿过，可以调节第一组左右两架之间的距离，能更好地适应巷道宽度的变化，3 组支架总长度达21.341 m，总长度不超过转载机桥部最高点。

图1 超前支护液压支架支护方案（单位：mm）

图2 超前支护液压支架断面（单位：mm）

巷道同侧前后支架的底座间铰接有推移油缸，支架依据推移油缸互相推拉前移，推移步距900 mm。

支架与转载机留有大于100 mm 的间隙，当巷道帮鼓不严重时，该间隙可增大至300 mm。破碎机处于第二架与第三架支架之间，破碎机与超前支护液压支架之间留有足够大的间隙，不影响更换配件。

顶梁两侧设有可拆卸式护顶机构（行人侧不设），根据巷道顶板条件决定是否使用。

同组支架左右对称以适应左右工作面使用，整架采用邻架手动操作方式，行人侧支架控制非行人侧支架。

单架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前梁。结构件主要由挑梁、顶梁、掩护梁、前后连杆、底座等组成。

2.3 支架强度校核

对超前支护液压支架强度进行校核，对比结果见表1。

表1 超前支护强度校验

机头顺槽20 m 区域：采用3 组ZQL2×3000/18/37HW 型超前支护液压支架，每组2 架，工作阻力6 000 kN，支护高度1.8～3.7 m，邻架手动操作。

2.4 技术优势

结合长平矿综放工作面巷道实际情况，研发的超前支护液压支架具有如下技术优势：

1）每架由相互独立的左、右架连接而成，便于运输、安装、维护。

2）结构尺寸小，重量轻，移架步距大，运输高度低。

3）超前支护液压支架可多架连接，支护长度增加容易。

4）超前后架顶梁、底座间不直接连接，增强了对顶、底板不平整的适应性。

5）超前支架行走的方向、位置调节方便。

3 现场应用效果分析

在长平矿2313 综放工作面机头巷道23131 巷进行现场应用，具体效果如下：

1）超前支架在井下进行了支护、行走试验，支架进行了升降、推移、侧移、支护等动作，验证了支架对巷道的适应性，考察了对顶板、锚索支护、通风的影响。

2）经过试验，超前支护液压支架完成一次移架，仅需约8 min，达到了工作面快速推进的要求。

3）提高了支护质量和安全系数。超前液压支架支撑力大、支护高度高，对巷道围岩控制较好，尤其在巷道顶板破碎处，可以大幅降低原有支护方式的隐患，保证井下安全、稳定运转。