端头超前支架（精选3篇）
端头超前支架 篇1
摘要：端头支架、超前支护支架在桃园煤矿综采工作面中的应用, 彻底解决了原支护方式存在的诸多问题, 有效地加强了项板管理, 优化了回采工艺, 确保了安全生产, 为矿井持续健康发展奠定了坚实的基础, 推广应用前景广阔。
关键词：端头支架,超前支架,综采工作面
1 桃园煤矿71煤层地质概况
桃园矿71煤层属二叠系下石盒子组。所开采的7135工作面煤层厚度为0.5-2.2m, 平均1.6m。煤层倾角10°-30°, 平均为22°。煤层结构普遍含有一层夹矸, 夹矸厚度平均为0.4m, 煤层顶板为泥岩或细砂岩, 底板为泥岩。该面上方为7133工作面采空区, 下至71煤层-500底板等高线, 南以三采区边界为界, 北至南三回风上山。工作面走向1355m, 斜长155m。工作面机、风巷均采用U型棚支护, 原设计支护高度为3120mm, 宽度4600mm。
该面主要充水因素为:顶、底板砂岩裂隙水, 采空区活水和钻孔水三个方面。
1.1 顶、底板砂岩裂隙水:
从工作面掘进过程来看, 顶、底板砂岩裂隙水富水性较强, 一般涌水量5-15m3/h。
1.2 采空区活水:
工作面掘进期间已采用风巷探放水和机巷施工放水孔相结合的方式, 对上方7133工作面采空区积水进行了疏放, 但工作面回采期间采空区内仍有3m3/h左右的活水, 受工作面采动的影响裂隙增大, 将会以淋、渗水的形式进入工作面, 届时工作面的涌水量将增大。
2 端头支架、超前支护支架的概况
我矿7135综采工作面使用的端头支架型号为:ZTZ21000/17/32。该端头支架主要适用于水平或缓倾斜煤层沿底板一次性开采长壁冒落回收顶煤的综采工作面下出口的支护。对采区要求:煤层倾角≤15°。对巷道要求:净高度不小于3.4m, 净宽度不小于3.2m, 必要时可提前替棚扩帮支护。该端头支架支撑高度范围是1.7m-3.2m, 支护宽度为:2.4 m-2.74m。初撑力为16248kN。工作阻力为21000kN。支护强度为0.79MPa。对底板平均比压为1.71MPa。泵站压力为31.5MPa。
该型端头液压支架是在总结国内端头支架研究与使用的优缺点的基础上, 结合桃园矿的地质条件, 为解决工作面下出口的支护与维修困难和保证安全生产, 提高工作效率, 减少工人的劳动强度而设计的一种端头支架。
该组支架的主要用途是:支护工作面下出口顶板, 随着工作面向前推移, 做到相互交替移架和及时支护, 实现工作面的连续生产, 提高推进速度。
该端头支架为两架一组, 两架对称布置, 与工作面液压支架配套使用。后部采用四连杆机构, 高度变化小。拉端头支架时要保持与工作面液压支架顶板大致齐平, 工作面液压支架超前端头支架1.6m左右, 再拉端头支架。端头支架两架支架顶梁由防倒千斤顶连接, 起调节架间距作用。控制系统均采用国产定型阀, 其中操作阀有400L/min的大流量操纵阀片, 用来操纵立柱及推移缸, 操作简单, 维修方便, 配件供应有保障。
配套使用的超前支护支架的型号为ZT2×3200/16/32。该型号支架是根据综采工作面运输机及机巷链板输送机推进, 将巷道永久支护替换为临时超前支护的具体条件而设计的。适用矩形或位于超前支护段受压由拱形变为矩形需替棚的巷道。支护巷道受采动影响的超前支护段的顶板, 由于支护强度大, 能自移, 所以该型支架与巷道工字钢梁或木棚配合使用更安全可靠, 大大减轻了工人的劳动强度, 提高回采效率。
该支架为两架成一组使用, 两架之间由防倒千斤顶连接, 每一架由前后两节组成, 前节的顶梁后部与后节的升缩梁相连。前架的底座后部与后架的底座前部通过连接头、移架千斤顶相连, 前后架相互依托, 达到移架目的。
3 端头支架、超前支护支架的安装要求
机巷端头支架安装时, U型棚支护宽度约为4200mm, 高度为3100mm。考虑到机巷的安装条件不够充分 (起吊高度不充裕, 巷道空间较小, 大件过多, 不利于运输、起吊) , 原设计的端头支架及超前支护支架每架上部各有一块弧形填充块未下井安装, 这样端头支架及超前支护支架与U型棚接顶时中间有一段空隙, 移架时用木料接实过顶。安装前, 从切眼下口U型棚取中, 将巷道中线拉好。并将机巷杂物清理干净, 底板整平。安装时:按先端头支架后超前支护支架、先下帮后上帮的大致顺序按巷道中线两侧安装。安装前, 必须打设起吊锚杆或加固棚梁, 先安装支架底座, 再安装顶梁。安装时必须保证支架底座和顶梁的平直, 机巷底板必须提前清理平整。在对接立柱横销和连接块时, 必须先调好眼孔, 严禁用铁锤或重物强行敲打。
4 端头支架、超前支护支架在使用过程中遇到的问题及相应的解决方案
4.1 端头支架与工作面支架有落差:原运输机机头安装到端头支架上帮一架的正下方, 但随着巷道压力的显现和工作面煤层的变化 (工作面下段煤层有向顶板走的趋势, 机巷巷道底板比工作面底板低) , 若运输机机头段刹底, 至少刹底600mm以上, 因支架的采高的限制, 工作面顶部的煤割不到, 资源浪费较大。
针对工作面支架与端头支架的落差问题, 端头支架抬底或底板挑顶困难太大, 且不利于安全, 主要是运输机机头段刹底, 尽量减少落差, 保证端头支架降架时不压运输机机头。
4.2 随着工作面的推移, 机巷端头支架、超前支护支架有往底板下陷的趋势, 工作面下段机巷顶板压力加大。由于运输机机头在端头支架的下方, 因上部的空间距离不够, 每次拉移端头支架降顶梁时, 顶梁圧运输机机头, 导致端头支架顶梁降不到规定要求, 拉移支架困难。
因端头支架往底板下陷, 与工作面支架的落差达到1m以上, 单纯靠工作面刹底并不能解决端头支架圧运输机机头的问题。主要方法是将运输机头向工作面拉800mm, 这样端头支架与工作面液压支架之间就有800mm的间隙。针对这个间隙, 使用2根爬行梁接半圆木过顶, 保证顶板的支护完好, 也保证了下口作业人员的安全。工作面运输机下口加设一块溜煤槽至端头支架架档的链板机外沿, 依靠运输机机头与链板机的落差和溜煤槽减少运输机拉回头煤。
4.3 由于机巷为U型棚支护, 端头支架和超前支护支架均为两架一组, 按巷道中线两侧并排安装, 在端头支架拉移操作时同一组的两架不能同时拉移, 所以在升端头支架的一侧支架时, 支架顶梁与巷道U型棚是点接触, 当支架初撑力加大时, 支架顶梁就顺着U型棚的弧度向上滑动。这就导致了端头支架不能按直线拉移, 机巷下帮的端头支架底座往下帮滑动。间接导致端头支架的掉斜, 端头支架的拉移千斤顶与连接头蹩劲, 拉不动支架, 甚至导致折断千斤顶 (拉移千斤顶只能径向拉移) 。
针对端头支架掉斜的问题处理有两点:一是在拉移支架时, 配合使用防倒千斤顶, 降端头支架的两侧顶梁控制在巷道中线位置;二是在端头支架底座迈步时, 必须清理干净两架底座之间的煤矸等杂物, 收缩立柱抬底时用单体将已偏离中线位置的支架底座抵辉中线位置。保证端头支架沿巷道中线拉移。
4.4 在回采中, 工作面、采空区均有岩隙水流向机巷, 导致机巷底板积水。由于机巷底板为泥岩, 长时浸水导致底板松软, 支架的来回伸缩、拉移使支架底座陷入底板泥岩中, 更增加了支架的拉移难度。松软的底板也使端头支架达不到规定的初撑力, 从而不能很好的支护顶板, 使顶板的下沉速度加快, 给后期的巷道支护埋下了隐患。
水患的处理就是将出水引到超前支护支架外段, 减小水浸泡破坏底板的程度, 具体的做法是沿机巷下帮挖设一条水沟, 并铺上铁质流水槽, 外段挖设水仓, 用风泵排出机巷。
4.5 由于我矿71煤巷道压力大, 顶板、底板均比较破碎, 随着回采的时间加长, 巷道的压力越来越大, 巷道变形比较严重。原U型棚支护宽度约为4200mm, 高度为3100mm, 在回采2个月之后, 巷道的净宽度只有3400mm, 高度只有2600mm, 并且部分段巷道变形, 棚腿跐出。这显然已不满足端头支架的使用条件。
对巷道提前改棚是必须的, 具体的措施是:一、将机巷的U型棚拿掉, 向上挑顶500mm, 用3200mm的工字钢配合单体替棚, 实行一梁四柱支护方式:二、机巷卧底、整平, 保证巷道净高度不小于3400mm。
5 结束语
通过这些举措, 基本上保证了端头支架的正常使用。原计划使用端头支架, 机巷的U型棚不予回收, 物资消耗太大, 机巷的提前替棚也使U型棚得到回收, 大大节约资源, 巷道的超前支护也得到了加强, 保证了巷道的支护强度, 为工作面的开采提升了必需的空间环境, 提高了安全系数。S
参考文献
[1]朱真才, 韩振铎, 等.采掘机械与液压传动[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2005, 2.
端头超前支架 篇2
中煤第一建设有限公司第二工程处施工的山西省潞安矿业集团高河煤矿锚杆支护综掘工作面, 超前支护方式一直采用前探梁, 即利用前后两组吊环固定在已支护好的顶锚杆尾部, 将2根钢管穿过吊环伸入空顶区这就将下一排顶网和钢带挑起作为超前支护。由于前探梁钢管直径细又不能全面接顶, 几乎没有支护强度, 能起到的只有防护作用, 而没有支撑作用, 所以施工人员相当于还是在无临时支护条件下作业, 唯有快速打设顶锚杆进行永久支护, 这就存在较大隐患。后来尝试使用过与掘进机相配套的机载式临时支护装置, 还是存在着支护面积和支撑力有限, 小循环掘进不能实现掘支分离, 无法从根本上解决快速施工的问题。
2 ZJC2×1040/34/46型端头支架结构、特点及适用条件
2.1 结构
该支架主要由金属结构件、液压系统、泵站组成;金属结构件有横梁、顺梁、前梁及煤墙防片帮装置;液压系统包括立柱、各种千斤顶、液压控制元件 (单向阀、安全阀) 及液压辅助元件 (高压胶管、三通等) ;配套使用泵站BRW80/35型 (额定流量80 L/min, 额定压力35 MPa, 电机功率55 k W, 柱塞数目3个、行程70 mm) , 要求乳化油配比浓度为5%。
ZJC2×1040/34/46型端头支架超前支护平面示意图如图1所示。
2.2 特点
该支架的特点如下: (1) 采用两层顶梁、横梁加顺梁分两组的整体框架式结构, 互为支撑, 通过移动千斤顶相互推进行走, 在移架过程中始终有一组梁处于接顶支撑状态。 (2) 该支架与掘进机互不干扰, 单独罩在掘进机外面, 随掘进前移而自行前移, 及时支护掘进新暴露出来的全断面顶板, 可以使作业人员完全处于有效支护下进行钻装锚杆 (锚索) 及铺联网作业, 掘进机司机也同样在安全掩护装置下进行割煤作业, 最大限度保证安全施工。 (3) 实现掘进-无支护-临时超前支护-永久性支护的衔接过渡, 在一定区域内可实现连续掘进与连续支护作业方式。 (4) 永久支护作业在支架下方, 作业空间大且安全程度高, 易于在掘进机巷道的有限空间内安装使用[1]。 (5) 支架由液压系统控制能实现自移行走和各种动作。 (6) 根据巷道压力情况设计支护强度, 确定合理的初撑力, 满足支护和移架要求, 避免初撑力过大重复支撑顶板的弊端。
2.3 适用条件
该支架适用条件为:巷道高为2.6~4.2 m, 巷道的宽4.8 m以上;作用于支架的顶板压力不超过1 760 k N;矩形巷道走向倾角小于10°。
3 端头支架应用实例
3.1 工程概况
高河煤矿+450 m水平南翼胶带大巷设计长4 200 m, 为进风及皮带运输巷道。巷道沿3#煤层顶板掘进, 属全煤巷道。3#煤层平均厚6.00~7.00 m, 倾角2°~14°。巷道断面为矩形, 宽5.1 m, 高3.95 m, 掘进断面20.145 m2。与中国矿业大学合作, 结合端头支架结构特点, 提出了掘锚分离快速掘进支护技术方案, 采用预应力锚固高强锚杆锚索组合支护系统, 锚杆每排布置顶7根、帮5根, 预紧力矩400 N·m, 顶间排距为800 mm×1 000 mm, 帮间排距900 mm×1 000 mm。锚索3根、2根交替布置, 间排距1 400 mm×1000 mm (3根) 或1 600 mm×1 000 mm (2根) , 要求涨拉力260 k N以上。+450 m水平南翼胶带大巷断面如图2所示。
3.2 施工工艺及优化
3.2.1 施工工艺
掘进采用EBJ-200掘进机, DSJ-80型皮带出煤, MQT-130型风动锚杆钻机及ZMS-60型风动钻装顶帮锚杆 (锚索) 。临时超前支护采用沈阳天安矿山机械科技有限公司设计制造的ZJC2×1040/34/46型综掘机超前支护装置, 并安装于+450 m水平南翼胶带大巷工作面。
3.2.2 施工工艺优化
(1) 合理正规循环的确定。通过试验“掘一锚一、掘二锚二、掘三锚三”多种不同的施工工艺进行全面的对比分析, 最终确定了“掘二锚二”为1个正规循环, 每小班2个正规循环。
(2) 施工工序。掘进机割煤、出煤 (进度为2 m) →前移2、4架并升紧, 落前梁上顶网再升起前梁→前移1、3架并升紧, 重复动作将支架移至窝头, 将迎面墙护网及两帮护帮装置紧煤墙→顶帮平行支护作业。
(3) 在实际生产过程中, 可根据顶板条件灵活运用, 顶板条件好时掘三锚三, 顶板条件差时掘一锚一。
(4) 局部小工序工时节约优化。最大控顶距由初期的2 m调整为2.5 m, 省去每次锚网支护完成后需要后退支架的时间, 如不后退支架将影响掘进机截割头割煤。顶网铺设由每次逐片铺设改为每次预先联成一体的3片或多片一次性铺设到位。打设锚索由窝头紧跟超前支护装置后边打设。利用该端头支架的长度和支护特点, 将每次掘进循环由原来的1 m提高到2~3 m, 使传统工艺每班2~3个循环才能完成的工作量, 通过1个大循环就可以完成。将作业人员反复搬运钻机、平台大板、煤墙护网等由12次减少到6次, 提高了生产效率。
3.3 劳动组织
作业形式采用“三八”制, 即3个生产班, 1个检修班, 工作时间为8 h, 利用停皮带时间检修设备。实际组织生产过程中, 生产班提前2 h进行生产的准备工作, 3个班均在作业地点交接班;在上一班掘进出煤的同时, 下一班准备物料, 这样可有效避免设备空载运转, 特别是随着巷道的延伸, 其优越性更为明显。
3.4 取得的效果
在边探边掘的不利条件下, +450 m水平南翼胶带大巷完成进尺215 m/月。
4 存在的问题、改进措施及安全注意事项
4.1 存在的问题
(1) 顶板适应需增强。在顶板不平整的情况下, 该支架的顺梁不能完全接顶, 降低顶板的支撑效果, 顺梁的铰接方式需调整。
(2) 调偏支架需改进。如遇巷道偏帮、超宽时, 调偏千斤顶的最大行程撑不到巷帮, 从而失去调偏作用, 进一步导致支架前移困难甚至发生支架倾倒。
(3) 前移超前支护支架时推移不同步造成支架偏移。
4.2 改进措施
(1) 铰接顶梁采取双孔销轴连接方式, 减少移架时推网情况, 且适应顶板坡度的变化。
(2) 在前探梁前方及伸缩梁两侧, 加装迎面煤墙防护支架和框架式护帮装置, 防止片帮。
(3) 每组横梁两侧增设调偏千斤顶可对支架进行调偏。
(4) 在迎面煤墙防护网上增设吊点, 使掘进机收缩式平台伸出后直接搭设在吊点上, 方便打设顶锚杆。
(5) 在操作阀组处设置闭锁手柄, 防止误操作。
(6) 为适应不同的底板条件, 并防止立柱侧滑, 保证整个装置稳定性, 对立柱柱鞋进行了改造:先用300 mm×200 mm×30 mm钢板焊接在立柱底部作为柱靴, 再在靴底加焊高100 mm的圆锥体。
(7) 增设液压同步装置, 实现液压支架偏移量相同, 达到同步。
4.3 安全注意事项
(1) 使用过程中, 不允许主副支架同时动作和移架。
(2) 支架必须由专职人员进行操作, 由跟班队干指挥, 其他人员不允许站在正在移架中的支架下方。
(3) 进行移架操作前, 要及时观察辅助支架的接顶情况, 与顶板接实后方可操作另一架。
(4) 移架后升立柱时要及时调整好立柱角度。
5 结论
ZJC2×880/26/42型端头支架设计新颖、结构巧妙, 解决了多年来掘进工作面前探梁式临时支护安全可靠性差、作业过程中人员进入空顶区存在安全隐患等问题, 而且可以根据巷道围岩强度提供足够的支撑力, 有效控制顶板变形, 实现大步距连续掘进后再集中支护作业, 从而提高掘进效率, 对实现采掘衔接平衡和集约化高效生产发挥积极的作用, 具有很好的推广和应用前景。通过对顶板的连续支撑及两帮的有效防护, 实现掘锚分离、平行作业是今后的发展方向。
参考文献
新型端头支架在司马矿的应用 篇3
关键词：端头管理,端头支架,综放工作面
0 引言
司马煤业公司两巷端头支护方式为风巷DW-35型单体液压支柱配合铰接顶梁、运巷DW-35型单体柱配合大板支护顶板。这种支护方式对端头顶板支护强度低, 端头工作业劳动强度大, 回柱作业时, 小窝及顶板控制难度大, 人员作业安全系数不高, 不利于安全生产, 无法满足现今集约高效矿井的要求, 两巷端头支护已成为制约工作面机械化程度的瓶颈。新型综放端头支护支架的应用, 克服了原有端头支护存在的诸多问题, 取得了较好社会经济效益。
1 1112工作面概况
1112工作面由南向北, 沿倾斜方向推进。煤层平均厚度6.85 m;煤层倾角0°~12°, 平均6°;煤层结构为6.85 m。工作面走向长度133.5 m, 可采长度666.0m。工作面布置有运巷、风巷、辅助运输巷、出煤巷, 4条巷道均采用全锚网支护, 实体煤掘进, 锚杆支护排距为900 mm, 垂直于巷道顶板打设双单体锚索配合16#-2 500 mm槽钢支护, 锚索规格为MS-Φ18.9-1-7 300 mm, 锚索间、排距1 800 mm×1 800 mm。
2 1112工作面端头支护支架主要技术特点
ZT15000/19.5/41型端头支护支架由6架组成, 2架对称布置, 与工作面支架、过渡支架配套使用。端头支护支架由支架底座、连杆机构、千斤、顶梁、掩护梁及液压操作控制系统等部件组成。每组支架左右两架分别布置在转载机落地段两侧。端头支架前移以转载机作为支点, 左右架分别进行。
ZT3300/19.5/41型端头支护支架端尾支架结构为支撑掩护式, 端尾支架布置在机尾过渡架最后1架外侧, 底座前端通过推移千斤顶和风巷超前支架底座连接, 顶梁通过千斤顶与过渡支架相连。
3 端头支护支架在巷道中的布置
3.1 ZT15000/19.5/41型端头支架在运巷中的布置
ZT15000/19.5/41型端头支架在运巷中的布置示意图见图1。
3.2 ZT3300/19.5/41型端头支架在风巷中的布置
ZT3300/19.5/41型端头支架在风巷中的布置示意图见图2。
4 端头支护支架的操作
4.1 运巷ZT15000/19.5/41型端头支架的操作
端头支架移动是机巷端头架和运输机互为支点, 通过底座前端的推移千斤顶推、拉来实现。端头支架移架工作是紧跟相邻的过渡支架移架后开始。端头支架执行独立移架工作。其操作步骤如下:过渡支架移架后→左右支架组升立柱→推转载机→收左支架组前梁、侧帮板→降左支架组→拉左支架组→升左支架组→收右支架组前梁、侧帮板→降右支架组→拉右支架组→升右支架组。
推移转载机时, 左右支架组需同时推移;拉移端头支架时, 先降一侧支架组, 待一侧支架组拉移到位后, 升柱支撑顶板, 然后再用同样方式拉移另一侧支架组。通过摆动和尾梁连接的立柱及伸缩插板机构交替动作来实现尾部放煤。
4.2 风巷ZT3300/19.5/41型端尾支架的操作
端尾支架结构为支撑掩护式, 端尾支架布置在机尾过渡架最后一架外侧, 底座前端通过推移千斤顶和风巷超前支架底座连接, 顶梁通过千斤顶与过渡支架相连。端尾支架移动是端尾支架和风巷超前支架互为支点, 通过底座前端的推移千斤顶推、拉来实现。推移端尾支架前, 先降柱, 收侧护帮, 再进行移架。
5 端头支架应用情况分析
a) 增强了端头支护强度, 提高了安全可靠性。端头支护支架采用左右分体自移式液压支架, 通过与转载机互为支点, 实现了端头支护支架自动移架, 保证了对端头顶板及时支护, 提高了顶板支护强度。端头支护支架的使用, 提高了对不同条件下顶板的有效支护, 加强了对工作面端头顶板的维护强度。弥补了原有端头支护方式的不足, 较大程度提高了端头支护强度和工作面回采作业速度, 实现了端头顶板下沉量有效控制, 保证了工作面安全出口高度。为作业人员提供了较好的巷道作业空间, 端头支护质量本质上得到提升, 为工作面回采期间生产安全提供了保证。极大程度上减少了端头顶板事故, 实现了采煤工作面本质安全;
b) 减短了正规循环作业时间, 提升了工作面推进度。端头支护支架提供了较大作业空间, 保证了前后部刮板输送机及转载机正常运转, 设备检修作业空间增大, 与过渡支架、前后部刮板输送机、转载机配套合理。顶板管理面积大, 保证了对巷道两帮及顶板有效支护, 整个系统操作方便, 保证了工作面综采设备正常运转及工作面快速推进的要求。采用端头支护支架管理端头顶板后, 工作面调机头机尾作业时, 作业人员无需停机, 端头工直接操作端头支护支架操作手阀移动支架, 完成回柱、放顶和支护工序。采用自移支架后, 职工劳动强度降低, 操作速度加快, 很大程度减短了工作面正规循环作业时间, 提高了工作面开机率, 加快了工作面推进速度, 提高了工作面单产, 为实现安全高效采煤工作面奠定了基础;
c) 减少了人工投入, 减轻了工人劳动强度, 提高了工时工效。使用端头支护支架后, 代替了原有端头支护形式, 实现了工作面不停机作业, 降低了工人劳动作业强度, 提高了劳动生产率, 减少了端头维护人员和维护材料。使用端头支护支架后, 两巷端头维护作业人数每班作业人数可从原来的3人~4人减少为1人~2人, 每班可减少人工2个~3个, 工时利用率显著提高。
6 结语