试析综采放顶煤工作面端头支护技术的应用

作者：史田浩

来源：《科技视界》 2013年第22期

史田浩

（山西焦煤集团 汾西矿业集团新峪煤业有限责任公司，山西 孝义 032302）

【摘 要】我国很多的综采放顶煤工作面大都采取两端头不放顶煤或者是少放顶煤，主要原因是工作面两端头设有机尾电机及传动装置，前、后运输机的机头，所需要的空间比较大，在端头放顶煤后，两端头很难维护，尤其是后部运输机的机头和机尾，假如措施不得力，将埋机头。所以不仅仅能造成煤炭资源浪费，而且还埋下安全隐患，比如煤炭自燃发火等。所以，实现综采放顶煤工作面两端头支护放顶煤的意义很重大，经济效益以及社会效益是可观的，这也是提高综采放顶煤工作面回收率并且减少煤炭资源的浪费，预防煤炭自燃发火的重要方法。

【关键词】放顶煤；支护；端头

１ 综采放顶煤工作面端头支护技术的现状和存在的问题

1.1 排头支架存在的主要问题以及现状

在早期排头支架的主要问题有: 支护性能弱、支架的适应性能差、设备笨重、支护不及时、效率低，放煤率低甚至不能放煤，机头机尾经常被煤矸埋没，清理困难，这对人身以及设备造成威胁，并且占用了大量的辅助维护时间。后部输送机经常出现漂链、跑链等事故, 推移支架和机头、机尾困难等。所以这造成煤炭资源回收率低、浪费、吨煤成本高，甚至导致自燃起火等。此外，端头排头区域的地质条件比较复杂,而且位置特殊,是出进工作面的重要通道,而设备的体积大又相对集中,机头和机尾电机等设备都集中这这里,各种设备空间相互穿插，配套关系很复杂,与此同时还需留有足够的人行通道。放顶煤端头排头支架主要依靠中间架逐渐发展起来的。因为受到诸多条件的影响,端头排头区技术在早期大多是在机头机尾附近采取单体支柱或者是其它方式进行支护,有些仅仅是用简单的液压支架来进行支护。工作面中间支护从早期的单输送机发展到现今被广泛使用的前后双输送机。按照放煤位置高低又可分为高、中、低三种类型。依据各矿区的地质条件和使用情况,有这样几种主流架型以及其配套形式:

（１）尾梁开天窗的中位放顶煤支架,在前后配置两部输送机,在工作面配置端头支架组,比较成功的有潞安矿区。

（２）掩护梁带插板以及小尾梁的低位放顶煤支架,这种架型的整体性能较好,支护的空间大,便于操作，在下端配端头或者不配端头支架都可以,使用比较成功的有晋城和充州矿区。

（３）大尾梁插板的低位放顶煤支架,该种放顶煤支架的尾梁摆动范围较大,在后部可以留有广阔的空间,工作面下端配置端头支架,对块度较大的煤有较强的适应能力,使用成功的有晋城以及阳泉矿区。

1.2 排头支护的布置方式

放顶煤工作面的特点是机头以及机尾部分外形尺寸较大，但是工作面中间架内部空间已不能再继续容纳, 所以必须采取一定的措施来支护。当前, 排头支架常见的布置方式有:

（１）在工作面配有端头液压支架时, 可在中间支架以及端头支架之间布置两架或者三架排头支架, 排头支架可实现放煤；

（２）在工作面不配端头液压支架时, 一种情况是在上、下巷道各布置一架排头支架, 依靠中间架的位置再布置一架 排头支架。排头支架部分采取不放煤的方式, 只让其支撑着后部空间。另外的一种情况是紧靠巷道的一侧布置两架(排头液压支架, 和中间架配套使用)。还有一种情况就是排头架和长对迈步梁配合支护。

1.3 过渡支架的问题

过渡支架所在的位置是前后输送机的机头以及机尾, 而前后输送机的减速器和驱动电机布置靠近支架侧, 而要使前后输送机的中心距在全工作面长度内完全一致, 在输送机的过渡段必须设有特殊结构的过渡支架。所以，过渡支架必须考虑以下几个问题:

（１）后尾梁有较大的调节高度以及掩护范围, 可以确保后部输送机的运行空间、移动以及较大的过煤空间;

（２）为了缩小前后输送机的中心距以及基本架的纵向长度, 过渡支架底座箱上部结构的纵向尺寸要尽可能地减小;

（３）具有放煤的功能, 和基本架相对应, 也采取单摆杆机构, 但所不同的是, 为了加大后部空间用两排四柱的结构, 取消了摆杆和底座之间的平衡千斤顶, 顶梁通过销轴和后尾梁连接, 这中间设有一对平衡千斤顶可调节控制尾梁的高度和状态, 确保架的纵向稳定性,。而在尾梁体内设置伸缩插板, 能够进行放煤的控制。

２ 端头弧形结构模型以及端头支护方案

在回采工作面不断推进下，基本顶达到极限跨距而直接顶垮落的时候, 会导致断裂破断、破坏的岩块失稳回转下沉, 这就形成工作面的初次来压。在回采工作面的推进下, 基本顶产生周期性破断, 逐渐形成工作面周期来压。沿着工作面倾斜方向, 工作面顶板在中部可看成砌体梁结构, 在工作面的两端头部位的破断线呈现弧形, 逐渐形成弧形三角块结构, 弧形三角块结构也会随着工作面的推进不断的破断失稳。在工作面推过后,直接顶随着垮落或者下沉，最终和基本顶发生离层,。而基本顶在直接顶发生离层后, 因为侧向支撑压力的作用在侧向煤体内发生断裂, 并且回转和弯曲下沉。因此，建立如图所示的端头弧形三角块结构模型。这其中回采面巷道位于关键块 B 的下方, 而岩体 A 为巷道侧煤体上方的基本顶岩层, 岩快 B作为本区段采空区的弧形三角块, 岩体 C 作为采空区的断裂岩体。在工作面的推进下, B 块岩体会逐渐发生旋转下沉, 位态和稳定性都发生变化, C块岩体下方的矸石被压缩下沉, A 块岩体下方的岩体受采场超前侧向支撑压力的影响会逐渐发生变化。

３ 支架改造

3.1 改进掩护梁对原支架掩护梁过长这一缺点缺陷, 把掩护梁改造为掩护梁与铰接尾梁相结合的形式, 改造后的支架掩护梁从原来的 3300mm变为1300mm。掩护梁和尾梁连接采用两个 5160mm 的尾梁千斤顶,来确保有足够的支撑力, 确保机头机尾有充足的放煤空间。

3.2 在尾梁内增加放煤插板, 插板的伸缩可通过两个 580mm 的千斤顶来实现, 伸出长度为600mm。通过插板的伸缩形成放煤口。

3.3 可加大尾梁摆动范围。改造后支架尾梁摆动范 围在0~58°, 其摆动通过一个5160mm 缸径的尾梁千斤顶来实现。通过尾梁的摆动松动顶煤, 与此同时保证运输机机头和机尾能够有足够空间, 在机头处高度为1300mm。当采高为2.8m 时, 尾梁会摆至极限位置, 那么运输机机头槽帮的安全距离为80mm。

3.4 其他方面可以增设自动喷雾系统, 在尾梁下摆、插板缩回放煤时自动喷雾。此外，在尾梁预留连接耳板, 这样可以随时加设辅助挡矸装置,维修后部运输机。改变支架管路和阀组布置, 使阀组、管路不暴露在过煤空间上方, 防止挤坏管件。

４ 改造后支架的特点

4.1 改进了支架受力状况: 因为掩护梁缩短, 致使支架受到的侧向力和前推力变小, 稳定性增强。四连杆受到的拉力和扭力减小, 所以, 支架改造后, 四连杆的损坏率大大降低;

4.2 新增了放煤功能, 放煤的效果好: 改造后的支架采用掩护梁铰接伸缩尾梁的放煤结构方式, 工作面中间支架以及放煤口位置处在同一断面上, 工作面整个支架后部形成一个连通的放煤槽, 依靠煤体压力以及支架尾梁上下摆动松裂顶煤, 所以可极大提高顶煤的放出率。因为

放煤漏斗的作用, 两巷道的部分顶煤也能被放出来, 可达到割煤和工作面放煤等长的最佳效果；

4.3 该支架的液压元件, 除了尾梁千斤顶外, 还可和 ZFG5400过渡支架通用, 这样减少了配件储备品种和数量；

4.4 掩护梁和 ZFG5400 过渡支架具有互换性；

4.5 可和综放面 ZFP5200／18／32 型中间支架配套使用。

５ 结论

端头排头支架研制成功后,广泛投入矿区使用,反应效果良好,有效地解决了综放工作面端排头支架落后于中间架的矛盾,极大提高了支护效率和煤炭回收率,基本实现端排头区域支护的机械化。支架具有先进性,独创性,满足端头区设备集中,体积大，数量多的支护要求,整体的布置

合理。支架支护性能好、推移速度较快,，满足采面实现高产高效的要求。然而从矿山应用情况来看,支架显得有些庞大、笨重,操纵的系统繁琐,应该予以简化。此外，通过对端头弧三角块悬顶结构的分析,建立合理的力学模型,能够保证综采面端头支护强度满足要求。

【参考文献】

［１］张沛顶.试析综采放顶煤工作面端头支护技术的应用[J]．采矿技术，2010（7）．

［２］范文胜.超长工作面综采放顶煤开采矿压显现规律的研究[J]．内蒙古科技大学，2010（5）．

［３］陈荣德.对综采放顶煤采煤法应用中几个问题探讨[J]．华章，2011（10）．

［责任编辑：王静］