液压单元支架在大断面综掘托顶煤巷道中的应用

2022-09-14张振国龚亚光

山东煤炭科技 2022年8期

关键词：顶梁立柱底座

张振国高鑫龚亚光

（1.济宁市能源综合执法支队，山东济宁 272000；2.山东能源集团有限公司，山东济南 250014；3.兖矿能源集团股份有限公司兴隆庄煤矿，山东济宁 272100）

在煤矿综掘托顶煤巷道，尤其是切眼扩宽等大断面巷道掘进期间，通常采用支设单体支柱的方式加强支护强度。但单体支柱支护存在劳动强度大、危险系数高，且支护强度较低等问题。因此，掘进工作面亟需一种新型的支护方式解决上述问题。

为实现安全、快速掘进及降低劳动强度的目的，本着“机械化换人、自动化减人”的原则，兴隆庄煤矿在7308 切眼掘进及扩宽施工过程中，首次采用ZQ2000/22/48A 型液压单元支架（以下简称“单元支架”）作为支撑式支护，取得了良好效果。

1 单元支架简介

1.1 单元支架简介

ZQ2000/22/48A 型液压单元支架的主体结构由顶梁、立柱、底座及侧移装置等四部分组成。

（1）顶梁。单元支架顶梁采用整体顶梁结构形式。顶梁由高强度钢板拼接焊接在一起形成多腔式箱型结构，里焊接有柱帽、耳板等结构，顶梁中辅以加强筋板用来提高承载强度，防止顶梁出现较大的弯曲变形。顶梁可以沿横向和纵向摆动一定的角度，以适应复杂的巷道顶板情况。

（2）立柱。立柱是支架承载顶板压力的重要部件之一，双伸缩立柱属于液压无级调高且调高范围大，能满足大断面巷道需求。

（3）底座。底座作为顶板与底板间压力传递的构件，要承担顶板压力和支架本体重量，起到固定立柱和稳定支架受力状态的作用。底座不仅要有足够的强度和刚度，还要对底板起伏不平有较高的适应性，并且要保证底板接触比压尽可能低。底座选择整体式刚性底座，由钢板焊接成箱式结构，底座左右对称设有柱窝用来连接立柱，底座和立柱以球面副铰接。底座中间焊有箱型结构，箱体上焊有半圆环固定板稳住立柱，增加支架整体稳定性。

（4）侧移装置。侧移装置是实现单元支架自主侧移的主要液压组成部分，通过油缸的升降及伸缩达到单元支架侧移的目的。

1.2 主要技术参数

单元支架主要技术参数见表1。

表1 ZQ2000/22/48A 型液压单元支架主要技术参数

2 单元支架拉移方法及安全技术措施

2.1 单元支架拉移方法及技术要求

（1）操作单元支架前，接好供液管路，采用远距离供液方式进行单元支架的升降与拉移，操作方式为手动本架就地操作。

（2）将最后一组单元支架降至最低位置，通过使用支架的侧移机构（或使用单体支柱辅助）使单元支架移动到单轨吊运输线路上。降下单元支架前使用3T 手拉葫芦分别在单元支架顶梁两侧将顶梁与顶板锚杆进行连接，防止单元支架下降、移动过程中单元支架歪倒。单元支架移动过程中随时调整3T 葫芦链条松紧度，保证单元支架不歪斜。

（3）使用单轨吊机车起吊模式，将单轨吊机车起吊梁上的专用起吊钩悬挂在单元支架底座的专用起吊环上，用40T 链条将单元支架与起吊梁进行固定，防止起吊过程中歪倒。缓慢起吊单元支架，使底座距离底板0.5 m左右。切换单轨吊机车行驶模式，将单元支架运输至第一组单元支架以外10 m 处。

（4）将单元支架落地并通过支架的侧移机构（或使用单体支柱辅助）使单元支架移动到支护位置，然后将单元支架升够初撑力，完成一组单元支架的外移。移动、升紧单元支架前使用3T 手拉葫芦分别在单元支架顶梁两侧将顶梁与顶板锚杆进行连接，防止单元支架移动、升柱过程中单元支架歪倒。单元支架移动过程中随时调整3T 葫芦链条松紧度，保证单元支架不歪斜。

（5）单元支架升紧后要做好防倒措施，使用40T 链条将支架顶梁与顶部锚杆进行生根固定。

2.2 单元支架使用安全技术措施

（1）为减少单元支架移动过程中对顶板的扰动，单元支架初撑力不小于5 MPa 即可。

（2）拉移单元支架前，必须清理干净支架底座周围的浮煤，整理好液压管路，支架周围无人后方可拉移。

（3）底板松软或有浮煤时，必须清理干净浮煤，保证支架底座接底。

（4）底板左右倾斜不平时，人工将底板找平，防止倒架现象发生。

（5）操作单元支架工作时，要有一名安全监护人员负责监控支架的动作区域运行情况，发现问题时及时反映，避免造成人员或其他潜在事故隐患的发生，确保设备安全运行。

（6）降架、移架及升架过程中，需谨慎操作，确保支架平稳、缓慢均匀动作，且必须使用3T 手拉葫芦分别在单元支架顶梁两侧将顶梁与顶板锚杆进行连接，防止单元支架歪倒，并随时调整3T 葫芦链条松紧度，保证单元支架不歪斜。

（7）支架横向拉移，必须降下立柱全部行程，缓慢供液，防止支架拉移过程中突然歪倒。

（8）支架拉移到位后，及时升够初撑力，并使用40T链条将支架顶梁与顶部锚杆进行防倒固定。防倒用40T 链条可通过专用吊环直接固定在顶板锚杆上，无需施工专用起吊锚杆。

（9）更换管子、阀组及处理窜漏液时，应首先关闭截止阀，并缓慢操作支架进行卸载，确认无压后方可拆卸管子和阀组，严防误操作造成高压管或高压液伤人。处理完毕应进行仔细的检查，确保阀组各螺栓齐全、紧固到位，U 型销齐全并插到位，缓慢打开截止阀，供液试动作时应缓慢供液。

（10）当前方顶板有锚索或锚杆外露较长时，应降低前梁，防止顶断锚索、锚杆伤人。

（11）顶板局部超高时，应使用方木接顶，确保顶梁与底座平行，确保支架初撑力达到5 MPa。方木应使用2 道不低于12#铁丝牢固拴到顶网上。顶网或帮网破损时应及时补好金属网，防止顶板漏炭或片帮伤人。

（12）液压单元支架所用乳化液配比不小于2%。

3 实际应用效果

兴隆庄煤矿7308 切眼掘进工作面所在煤层为下二叠系月门沟统山西组底部之3 煤，为稳定煤层，以亮煤为主，含镜煤条带，属半亮型煤，煤层倾角2°～8°,平均5°。煤层结构复杂，在距顶板2.9 m 发育一厚0.03 m 炭质粉砂岩夹矸，距底板3.0 m发育一厚0～0.25 m、平均0.08 m 的炭质泥岩夹矸。煤层厚度一般在6.4～9.05 m，平均8.57 m，普氏硬度f=2.0～3.0。煤层直接顶为粉砂岩，厚度3.02～8.97 m；直接底为粉砂岩，厚度1.36～9.3 m；基本底为中砂岩，厚度8.61～12.8 m。地质构造复杂，煤层总体为一单斜构造，发育有次一级的波状起伏。煤层倾角2°～8°，平均5°。

7308 切眼设计长度约95 m。7308 切眼导硐上净宽为4.8 m，切眼扩宽3.7 m。扩宽后，切眼正常段上净宽8.5 m，下净宽8.8 m。煤机窝规格：长×宽=21 m×1.5 m，煤机窝段上净宽为10 m，下净宽10.3 m。扩宽侧与导硐侧巷高一致（3.8～4.0 m），扩宽面前侧为矩形断面。7308 切眼导硐及扩宽施工过程中，随迎头掘进安设单元支架，单元支架间距不超过10 m，且确保单元支架拖后迎头不超过15 m。

7308 切眼导硐及扩宽均为大断面托顶煤施工，且根据冲击危险性评价，本工作面掘进期间为中等冲击危险区域。施工过程中，首次采用ZQ2000/22/48A 型液压单元支架作为托顶煤巷道施工过程中的支撑式支护，取得了极好的效果，具体优势如下：

（1）单元支架的应用，同时满足综掘施工过程中托顶煤巷道及中等冲击危险区域对于支撑式支护的相关规定要求。

（2）单元支架为液压操作且具备自移功能，使用单元支架替代单体支柱，完全取消了人工抬扛单体所带来的体力劳动及危险因素，极大程度地降低了职工的劳动强度，同时也提高了现场的安全生产水平。

（3）单元支架与单体支护相比较，单元支架的顶梁、底座与巷道顶底板为面接触，而单体支柱为点接触，大大提高了支护强度及支护范围，为现场的安全生产提供了极大的保障。