端头支架、超前支架在综采工作面的应用与研究

摘要：从工作面概况、采煤方法及设备型号、液压支架的布置、效益分析等方面，论述了端头液压支架代替密集支护在发凤凰山矿综采工作面的应用。

关键词：综采；端头液压支架；液压单体；密集；支护 1 综采工作面超前支护现状及局限性

根据《煤矿安全规程》规定，采煤工作面所有安全出口与 巷道连接处20m范围内，必须加强支护；综合机械化采煤工 作面范围内的巷道高度不得低于1．8m。即采煤工作面两顺 槽20m范围内必须采取超前加强支护。传统的采煤工作面 两顺槽超前支护主要以单体液压支柱配合金属铰接顶梁进 行支护，根据巷道断面及顶板压力情况确定支护参数，以确 保安全出口的畅通。但是在特殊地质条件和临面开采时，单 体液压支柱配合铰接顶梁进行超前支护的局限性逐渐表现 出来，主要有以下几个方面：

(1)支护强度低。对于顶板压力较大的煤层，达不到支 护强度，易造成工作面安全出口处顶板下沉，单体支柱钻底 多，回撤困难，特别是工作面后部密集切顶处尤其如此。 (2)支护速度慢。由于单体液压支柱、顶梁支设及回撤 速度难以大幅度提高，制约了工作面的推进速度，难以实现 高产高效。

(3)劳动强度大。由于支设回撤单体支柱及顶梁频繁，

造成工作面回采使用人员多，劳动强度大。

(4)成本高，安全性差。因顶板压力大或操作等原因，支 柱、顶梁、柱鞋的损坏量较大，增加成本支出。并且工序复 杂，人工操作多，造成事故的概率较大。 综采工作面端头的支护方法

综采工作面两端头常规的支护方法是人工采用单体液压支柱配合木柱帽进行密集支护，单体支护间距要求不得大于1 m，人工搬移支柱次数为1次/根/循环，且综采工作面两端头受顶板初次来压和周期来压的影响属应力极不稳定区，人工操作时不仅劳动强度大且存在很大的安全隐患。针对以上问题，凤凰山矿首次在综采工作面采用端头液压支架代替端头密集支护的办法进行支护，取得了良好的效果。 1工作面概况 2采煤方法及设备型号 主要采煤配套设备见表1。 设备名称 采煤机 刮板输送机 液压支架

ZZ—4000—17/35

转载机

SZZ—764/160

破碎机

PC M—110

胶带输送机

D SP—1063/1000D

单体液压支柱木柱

1 m 3坑木折合40个 两种类型

帽 规格型号

M W G—200/500C D

Z—2800，D Z—3150 0.8×0.2×0.15 备注

无链牵引双滚筒

SG Z—764/400

表1采煤配套设备表 3液压支架的布置

综采工作面采用常规布置法可布置支架数为： N=［(L+2S)-2×0.7］÷1.5（1）

综采工作面采用端头支架代替密集布置法可布置支架数为： N=［(L+2S)-2×0.4］÷1.5（2） 式中：N———支架数量，架； L———综采工作面采长，m； S———顺槽底宽，m。

0.7 m为安全出口宽度；1.5 m为支架顶梁的宽度；0.4 m为端头支架距离保险煤帮的最大距离。采长147 m，两顺槽底宽均为3.6 m，由公式⑴可知，采用常规法可布置支架数为101架，由公式⑵可知，采用端头支架代替密集法可布置支架数为102架。在运输机有效长度不变、安全出口不能小于0.7 m的前提下，为了使端头支架与运输机合理连接，在运输机机头、机尾底座各增加一个簸箕装置，用于连接工作面头、尾两架端头支架。 4效益分析 4.1经济效益

E1=td(rn)/k=25×1 000×(12×8)/40=60 000元， 式中：E1———月节约费用，元； t———月生产天数，d(取25 d)；

d———坑木单价，1 000元/m 3； r———日循环个数，个(取12个)；

n———每循环节约木柱帽个数，个(取8个)； k———1 m 3坑木加工柱帽数，个(取40个)。

常规人工搬移液压支柱进行端头支护所需时间为10 m in/端头/循环，机头机尾两个端头共需要20 m in，日循环个数为12个。采用端头液压支架进行密集支护所需时间为3 m in/端头/循环，机头机尾两个端头共需要6 m in，每循环节约时间为14m in，日循环个数可达到14个。

增加经济效益：

E2=Tt△rd=253×25×2×200=253万元， 式中：E2———月增加经济效益，元； T———每循环生产的原煤产量，t(取253 t)； t———月生产天数，d(取25 d)； △r———日增加循环个数，个(取2个)； d———吨煤单价，200元/t。 4.2社会效益

1）增大了工作面顶板安全控制范围，增强了工人端头支护的安全保证。

2）减轻了工人的劳动强度，按每根单体支柱1次/循环搬移计算，每班可减少搬移单体支柱次数为48次。

3）采用端头液压支架代替密集支护后，端头维护工作由原来的2人

减少为1人。且增强了生产工艺过程中各工序间的协调统一，大大提高了人工效率。

5 端头支架的主要优点

(1)该支架的主要特点是保留液压支架稳定性 好，保证足够支护强度的条件下，使结构简单，尺寸 更紧凑，具有整体性强，安全可靠等优点。 (2)立柱采用单伸缩，双作用结构，提高了支架 的支护强度。

(3)操纵阀布置在前架立柱前方的顶梁下方，改 善管路系统，便于操作、管理和维修。 (4)支架的前推和拉移采用浮动活塞式千斤顶， 操作简单。该端头支架为一组2架，前后布置。前 架前移时，落下立柱，利用操作手柄操作两千斤顶推 动前架向前移动至合适位置，升起立柱支护，然后， 落下后架立柱，依靠两千斤顶拉移后架至合适位置， 升起立柱，操作完成。

(5)采用片式组合操纵阀，阀的排列顺序有利于 擦顶移架操作，改善了对破碎顶板的控制。 (6)支架的设计考虑到了支架的受力状况，尤其 改善了底座的底板比压均匀分布情况。 (7)该支架所设计和采用的液压元件结构合理、 工艺简单、性能可靠、便于维修。

(8)支架与输送机的配套合理，2部输送机机头 部分全部在端头支架的掩护下，人员操作比较安全。 (9)应用端头支架，可以减少劳动量，提高工作 面的推进速度。

6其他问题

工作面两端头支护采用端头支架支护后，端头支架与两侧保险煤帮的间隙最大仅为400 m m，这样对工作面的整体劳动组织协调就有了很高的要求，必须使采煤机的截割深度，运输机、转载机的推移距离，支架的前移步距保持一致，否则，就有可能造成运输机窜头窜尾、安全出口宽度不够、端头支架紧贴煤帮不能拉架的问题。另外，对工作面采长的设计、掘进时期的工程质量、工作面液压支架布置的数量都有很高的要求。

超前支架