综放工作面超前支护技术研究.pdf

2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.023综放工作面超前支护技术研究（山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048006）摘要 目前长平矿采用传统的单体液压支护方式，存在技术落后、操作繁琐、承压能力弱、危险性高、工作面推进速度慢、投入人力多、生产成本高等问题，因此设计了一种科学合理的综采工作面超前支护技术。通过对顶梁、掩护梁、底座、连杆、立柱和千斤顶进行了设计，同时设计了相应的运输装置及液压控制系统，并在长平矿 5308 工作面安装使用，总计回采长度约 475 m，运行效果良好，达到推进速度快、降低劳动强度、保障安全的效果。关键词 液压支柱；超前支护；液压控制；推进速度；安全中图分类号TD355.4文献标识码B文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0075蛳 030引言目前长平矿综放工作面超前支护采用传统的单体液压支护方式。该方式技术落后、操作繁琐，并且承压能力弱、工作面推进速度慢、危险性高、需要投入大量的人力；同时单体液压支柱在回采过程中损坏率高达 30%，造成生产成本较高咱员原猿暂。目前的支护方式已经不能满足长平矿的生产要求。因此，研制一种科学合理、技术先进的综采工作面巷道超前支护技术具有十分重要的意义咱源原5暂。1结构设计每组超前支护左右部分都由顶梁、掩护梁、连杆、底座、推移机构等部分组成。1.1顶梁顶梁是支架的主要承载部件，起到支撑顶板的作用。根据长平矿的现场要求，设计的顶梁如图 1所示。图 1顶梁机尾巷道用超前支架顶梁、底座由左右 2 部分通过 2 组顶梁千斤铰接。根据安全生产要求，顶梁连架千斤上部与顶梁距离不小于 380 mm，底座连架千斤下部与地面距离不小于 300 mm。本文设计的顶梁连架千斤上部与顶梁距离 400 mm，底座连架千斤下部距地面距离 300 mm，满足安全生产要求，超前支架支护如图 2 所示。图 2超前支架支护断面1.2掩护梁掩护梁是连接顶梁与四连杆的载体部件，当液压支架受力时，形成抗扭保护，设计如图 3 所示。图 3掩护梁1.3底座底座是连接四连杆、立柱等部件的载体部件，承受由顶板和底板传递的压力，具有很高的强度，保证支架的稳定。根据长平矿的现场要求，设计的底座宽度为 680 mm，如图 4 所示。图 4底座锚索5 0004 4001 100120560510510680能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4752023 年 8 月Aug.,2023许长江综放工作面超前支护技术研究1.4连杆连杆是液压支架的核心部件，铰接底座与掩护梁，保证液压支架稳定运动，设计如图 5 所示。图 5连杆1.5立柱和各种千斤顶1.5.1立柱立柱也是支架的主要承载部件，连接顶梁和底座，承受顶板传递的压力。根据长平矿现场要求，设计为调高范围大、可伸缩的立柱，如图 6 所示。图 6立柱1.5.2挑梁千斤顶挑梁千斤顶是通过单伸缩给挑梁提供动力的元件，设计如图 7 所示。图 7挑梁千斤顶1.5.3推移千斤顶推移千斤顶是通过活塞运动给液压支架提供动力的元件，设计如图 8 所示。图 8推移千斤顶1.6运输装置本文设计支架以左右 2 架支撑单元为 1 组、由3 组构成，每个单架长 6.6 m、宽 0.81 m、高 2.8 m、重13.1 t。受其结构及尺寸的限制，在当前运输条件下，从地面组装车间运至矿井口，采用大型拖板车进行运输，1 辆车仅能运送 1 个单架，此过程需要 6 辆车，运输成本高。而从矿井口运至井下综采工作面通常采用矿用平板车或支架搬运车，耗时费力，效率低下。再加之，单架底座较窄、重心偏高，在井下恶劣、复杂的运输环境中，极易出现摇晃倾倒等情况，留下安全隐患。因此在不更换运输方式的前提下，基于该型支架的特点、性能，通过精确绘制支架的运输参考尺寸图，从设计角度入手，设计了一种辅助运输连接装置。该连接装置将左右单架创新性地整合为一体，变单架运输方式为双架运输方式，使其整体强度、稳定性得到显著提升。能够在节约成本、提高运输效率的同时，避免支架出现摇晃倾倒等安全隐患，确保综采工作面机电设备正常高效安装。运输装置设计：（1）该型支架在最低高度状态下的整架二维左视图如图 9 所示。该单架最宽处为 810 mm，设计一种可靠连接装置，可将左右单架整合为一体。图 9超前支护液压支架整架二维左视图（2）超前支护液压支架运输参考尺寸如图 10所示。顶梁调架千斤顶底座8108106 6002301 720大型拖板车的宽度为 33.5 m，矿用平板车或支架搬运车的宽度为 22.5 m。大采高工作面用 6.2 m支架，宽度为 1.75 m。在保证左右单架互不干涉的前提下，充分利用底座和顶梁上的铰接耳及铰接销轴，设计一套连接装置，将 2 架连接成一个整体，整体宽度不能超过 1.75 m。综上，将 2 架铰接耳中心图 10超前支护液压支架运输参考尺寸762023 年 8 月Aug.,2023距设计为 230 mm，外端宽度则为 1.72 m。（3）依据该型支架运输参考尺寸，可初步确定所设计的连接装置的规格尺寸。参考调架千斤顶所用连接头图纸，对辅助连接装置进行详细设计，绘制出辅助连接装置组件二维图如图 11 所示。1.主支撑板；2.加强板图 11辅助运输连接装置组件2液压控制系统考虑到安全性和操作方便，该超前支护液压支架采用邻架控制（每并排放置的左右支架为邻架）。即：1 号架和 2 号架互控；3 号架和 4 号架互控；5号架和 6 号架互控。以并排的 1 号架和 2 号架为例，介绍相互控制的原理。首先将 1 组片式操纵阀设置在 1 号架下方，主要控制 2 号架的千斤顶：前后立柱、推移千斤顶（离工作面最远的 2 个支架没有此功能）、挑梁千斤顶以及 2 架中间底座上的前后调架千斤顶。为了防止故障，特设置 1 片备用阀片。需要升柱时，乳化液通过液控单向阀进入立柱的下腔，待一级行程完全伸出后，打开中腔的底阀，二级活塞杆伸出，直至接顶，压力达到 31.5 MPa 时支护结束。需要降柱时，一路乳化液进入活塞杆腔，同时另一路打开液控单向阀，立柱下腔的乳化液进行回液，一级千斤顶开始下降（移架时只需降柱200400 mm），待一级行程完全缩回时，打开底阀，中腔的乳化液开始回液，二级行程开始回缩，直至完全收回（仅设备运输时采用）。实际操作时，可将2 个立柱短行程交替升柱或降柱。需要推移时（此时已降柱），乳化液进入推移千斤顶的大腔（该推移操作阀设置在 4 号架上），支架移动（此后应立即升柱护顶）。需要拉架时（拉 3 号架），乳化液进入推移千斤顶的有杆腔，3 号架移动，完成移架。需要挑梁支护时，乳化液进入挑梁千斤顶的大腔，完全伸出行程时，挑梁与水平线的夹角为+5毅（护顶效果更佳）。反之，收回活塞杆。需要调节 1 号架和 2 号架的间距或姿态时，根据实际情况，同时或者短行程操作中间调架千斤顶的液压阀即可。控制阀设置在 1 号架超前支护液压支架液压原理如图 12 所示。图 12控制阀设置在 1 号架超前支护液压支架液压原理2-准522-R5012.53308080122300.51 号架2 号架前立柱后立柱推移千斤挑梁千斤主进液过滤器CLQ-8J19回液断路阀FDH320/20自锁球形截止阀FJQ400/31.S-8J19自锁球形截止阀FJQ400/31.S-8J2S主回液前底座调架后底座调架控制阀设置在 2 号架超前支护液压支架液压原理如图 13 所示。从图 13 可看出，与上述不同的是，该组片式操纵阀设置在 2 号架下方，主要控制1 号架的千斤顶：前后立柱、推移千斤顶（离工作面最远的 2 个支架没有此功能）、挑梁千斤顶以及 2架中间顶梁上的前后调架千斤顶。（下转第 175 页）能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4772023 年 8 月Aug.,20233结论该超前支护液压支架在长平矿 5308 工作面安装使用，试运行 7 个月，总计回采长度约 475 m，运行效果良好，体现在如下方面：（1）通过试验，完成了支架升降、支护等动作，较好地适应现场巷道。（2）推进速度快，8 min 可完成 1 次移架。（3）降低劳动强度，提高支护质量，进一步保障了煤矿的安全生产。参考文献1崔志鹏.超前支护液压支架在综采工作面的应用研究 J.机械管理开发，2022，37（3）：184-185.2原波.综放工作面超前支护液压支架的研发与应用 J.机械管理开发，2021，36（10）：45-46.3王亚鹏.综放工作面超前支护液压支架的优化研究 J.矿业装备，2021（5）：258-259.4任永强，奂光润.综采面自移单元式巷道液压支架超前支护的研究与应用 J.能源与环保，2020（9）：192-195.5薛振江.浅谈超前支护支架在综采工作面使用的优势 J.科技风，2015（21）：49.作者简介许长江（1993-），男，助理工程师，毕业于河南理工大学万方科技学院电气工程及其自动化专业，主要从事机电技术管理工作。收稿日期：2022-12-14图 13控制阀设置在 2 号架超前支护液压支架液压原理1 号架2 号架前立柱后立柱推移千斤挑梁千斤前顶梁调架后顶梁调架片式换向阀FHD400/31.S（4）片式换向阀FHD200/31.S（3）（上接第 77 页）为了防止故障，特设置 1 片备用阀片。度的综合监测。（2）从煤矸石山表面温度场分布看：煤矸石山有 9 个温度异常点，表面温度异常点主要分布在南坡，最高温度可达 96.15；山体北部、西部及底部温度相对较低。在开采时应注意对煤矸石山上部、南部进行灭火降温。（3）从煤矸石山深部温度场分布看：山体顶部随高程变化温升速度较快，煤矸石山中部随深度增加内部温度呈先升高后降低趋势，煤矸石山底部温度相对较低。煤矸石山内部温度场的此种分布规律与煤矸石山松散程度、氧气浓度、气体流通均相关。参考文献1何骞，肖旸，杨蒙，等.矸石山自燃防治技术及综合治理模式发展趋势 J.煤矿安全，2020，51（8）：220-226.2 杨娜，张永波，牛金荣.荫营煤矿自燃矸石山温度场分布及深部温度拟合 J.矿业安全与环保，2021，48（4）：23-27.3 夏清，胡振琪，许立江，等.远距离煤矸石山温度场探测及因素分析 J.矿业研究与开发，2014（7）：82-84.4 王海娟，胡振琪，王晓军，等.自燃煤矸石山表面温度场红外三维模型构建 J.中国煤炭，2015，41（8）：131-135.5 杜玉玺，苏未曰，吴媛婧，等.自燃煤矸石山内部温度拟合与可视化研究 J.矿业安全与环保，2018，45（5）：32-36.6 余明高，段玉龙，郝强，等.自燃煤矸石山温度场的有限元分析 J.中国安全科学学报，2007，17（7）：14-19.作者简介王同华（1978-），男，高级工程师，毕业于山东农业大学水文与水资源工程专业，长期从事水文地质、工程地质与环境地质工作。收稿日期：2022-11-10能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4175