兖州矿区综采液压支架应用有经验[扬州电液推杆]

近年来，兖州矿业（集团）公司下属各矿在液压支架的使用方面进行了大量的研究试验，积累了许多有效的经验，可供参考。

    1 中厚煤层的高产高效工作面液压支架选型

    兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿根据主采煤层3上的地质构造条件，在分析液压支架选型时应当注意的工艺问题和技术参数基础上，找出了适应该煤层工作面高产高效综采液压支架应具有的技术工艺和今后发展方向，为中厚煤层的高产高效开采使用的液压支架提供了理论基础。

    参照该矿3下煤层已开采工作面的底板分类结果，对照3下、3上煤层的围岩条件，可得出3上煤层直接顶为中等稳定顶板，老顶为II级来压明显。根据矿井的地质条件，并且通过对四柱支撑掩护式液压支架和二柱掩护式液压支架结构特点及适用范围的分析，决定选用二柱掩护式液压支架。

    其理由如下：单排立柱支撑，加之平衡千斤顶的作用，支撑合力距离煤壁较近，可有效防止端面顶板的早期离层和破坏；平衡千斤顶可调节合力作用点的位置，增强了支架对难控顶板的适应性；控顶距小，顶梁较短，对顶板的反复支撑次数少，减少了对直接顶板的破坏；伸缩比较大，可达2.15，适应煤层厚度的变化能力强；顶梁和底座较短，稳定性较好，便于运输、安装和拆卸；重量较支撑掩护式轻，投资少；支架能经常给顶板向煤壁方向以推力，有利于维护顶板的完整性；液压控制系统较简单，管路短，有利于提高移架速度；采用优化设计，确定支架的总体参数和主要部件的结构尺寸，并利用计算机模拟试验进行受力分析和强度校核，确保支架的可靠性；移架速度快，支架每移一个循环12s；支架顶梁带有护帮板，能对煤帮进行及时支护，有效抑制架前片帮；为了提高支架可靠性，支架结构形式和元部件均采用成熟可靠技术；支架采用分体底座，有利于底座中档排浮煤，为顺利移架提高保证；采用铰接式长推杆机构，充分发挥推移千斤顶能力，增大推杆适应能力；

    2 综放工作面排头支架放顶煤

    兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿从生产实践出发，开发研制了综放工作面排头放顶煤支架，并且在1306综放工作面成功地进行了排头支架放顶煤的实践和工艺研究，使工作面回收率提高了2%～3%，而且还减少了因顶煤丢在老塘发生煤炭自燃的危险性。

    排头支架放煤工艺与中间支架相同，便于简化工艺组织正规循环，根据不同的地质条件可以采用二刀一放或者一刀一放，并在具体放煤方法上采取一些特殊的措施以提高顶煤回收率。

    ①提高大块煤的放出率。一般沿空掘巷侧的顺槽及排头支架矿压显现比较剧烈，排头支架顶煤破碎较充分，回收率较高；而实体煤侧的顺槽及排头支架的情况正好相反，大块煤多反而容易成拱，放煤难度相对较大。为此，可以同时操作相邻两个或者两个以上的支架放煤，加大放煤口的尺寸，使得大块煤落入输送机；操作放煤尾梁直至掩护梁上下摆动，破坏煤体平衡拱角，迫使煤体垮落；充分利用插板的二次破碎能力，破坏大块煤；在端部顶板允许的情况下进行浅孔预爆破，减小煤的块度。

    ②减少底板煤的损失。由于后部输送机的机头（尾）架及过渡槽的高度较大（约为1.2m左右），容易造成过量的底板煤丢失，他们在实践中摸索出了利用采空区矸石充填底板的效果较好。在拉完轮支架以后立即拉回输送机，活动尾梁插板将支架尾梁上的矸石和采空区的矸石放下，填满底板与机头架之间的空间，保证在拉第二轮支架放煤时减少煤炭损失。

    ③放煤漏斗的利用。此举可以适当放出两巷正上方的顶煤，但是两巷十字顶梁上方的顶煤也会部分被放下，容易造成单体支柱失脚和漏矸，使得溜头和转载机必要的空间维护困难，还应当采取保护措施。

    3 中厚煤层两柱掩护式液压支架的应用

    由兖州矿业（集团）公司和天地科技股份有限公司联合开发和设计的中厚煤层两柱掩护式液压支架高产高效成套装备，弥补了一般掩护式支架的缺点，在鲍店煤矿23下09工作面投入生产和试验中，创出了该矿3下煤层开采以来的生产水平。

    该工作面配置ZY6400/18/38掩护式综采液压支架133架，对工作面顶板实行全支护法管理。工作面推进755m时，工作面长度缩短为136m，回撤41架液压支架，剩92架支架支护顶板。实测的工作阻力在其设计额定工作阻力范围之内，满足了鲍店矿3下煤层开采的支护要求。

    其主要优点有：支架液压额定阻力大，对于有效地支护顶板和防止顶板来压对支架的冲击有着明显的优势，较好地解决了掩护式支架支撑能力小的问题；额定的初撑力大，液压系统的阀组采用大流量，提高了移架的速度（一般在10s左右），使支架在较短的时间内有效的支护顶板，避免了工作面端面顶板破碎、冒顶事故的发生；支架的梁端距小，对顶板的支护效果好；支架增加了抬底座千斤顶，降低了移架时的阻力；平衡千斤顶能够调整主顶梁的角度，以适应顶板的变化；支架的设计架型轻，对工作面过复杂地段有较好的适应性。

    当然，此种掩护式液压支架亦存在着不足之处。例如：支架的底座箱没有底封板，安装与撤除的时候装封车有困难；在移架的过程中，浮煤和矸石容易挤压连杆，造成移架和推移输送机的困难；工作面仰斜开采或者俯斜开采的时候，对煤壁的维护不太理想，造成大块煤比较多，在一定程度上影响了生产；支架的阀组串液比较严重，也加大了维修的工作量。

    4 ZT24500端头支架在工作面顺槽的应用

    兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿的工作面顺槽长期以来普遍采用十字梁或者一字梁配合液压单体支护的超前支护形式，人工支、回棚劳动强度大，支护强度达不到规定要求，支护效果比较差，工作面顺槽超前支护成了制约矿井产量提高与采煤工作面快速推进的瓶颈。为此，他们在11306工作面运输顺槽开始改用ZT24500端头液压支架，取得了较好的效果。

    ZT24500 端头支架共包括2组超前架和1组端架。主要结构包括顶梁、掩护梁、底座、连杆、前梁及液压系统等。超前架的整体支护长度为8.69m，端架的整体支护长度为13.88m。每组支架分左右两架分别布置在转载机两侧的落地槽段。支架前移以转载机作为生根点，左右支架分别进行。

    ①井下组装。端头支架的整体长度及重量均超过副井运输的要求，因此需要在地面车间进行解体，然后在井下现场组装。端头支架布置在综采工作面与工作面运输巷的交汇处。端头支架与综采工作面架过渡相邻，转载机布置在端头支架中间，前、后运输机机头分别布置在端头支架的左架前部和后部。

    ②操作步骤。运输顺槽端头割煤、拉移前后部运输机和转载机、端头支架的操作步骤如下：采煤机在机头割完一排→推移前部机头→拉工作面端头支架→拉后部机头→推移转载机→拉移顺槽超前架的架→拉移顺槽超前架的第二架→拉移顺槽端架。当采煤机割完运输机机头的煤后，前移工作面端头支架，再拉后部运输机到位。工序完成后，通过转载机本身自移机构拉移转载机。在自移机构拉移转载机有困难的情况下，可以借助端头支架超前架的架推移机构辅助推移。禁止使用超前架的第二架推移机构和端架推移机构推移转载机，以免转载机受偏载弯曲。拉移转载机到工位后，开始拉移端头支架。

    5 带伸缩梁和抬底装置支架在二分层应用

    兖州矿业（集团）公司东滩煤矿对现有液压支架进行改造，配置了抬底装置，为前梁设置了伸缩梁，在二分层开采中取得了很好的效果。

    进行二分层开采时，如何不使采煤机割煤后新暴露的顶板发生冒顶是关键。通常都有专人跟着前滚筒打护帮板及时护顶，但在采高较低的情况下，护帮板在采煤机机身处很难及时伸出。针对这一问题，他们在 43上04-2工作面回采中，将ZFS5600支架的前梁进行了更换，采用带伸缩梁的前梁，伸缩值达到800mm，在采煤机割煤后能及时伸出护帮板，对顶板进行及时和超前支护。全月因冒顶露矸影响生产只有15.5h，班割煤8刀。

    为了更好地控制顶板，二分层开采通常采用的是“擦顶移架”、“带压移架”，其实在实际生产中这种目的很难实现。同目前我国使用的大多数支架一样，该矿使用的液压支架都是以顶板为基础的，也就是说支架在移架时首先降架，让顶梁脱离顶板，然后拉架前移，最后升架使支架支撑顶板。这样，采煤机割煤以后，即使顶板是完整的，移架过程中也会造成顶板离层、人工假顶遭到破坏，以至架间漏矸多，致使拉移步距不够，有时采煤机回机架数多达70～100架。为减少清煤量，常常在拉架时以少降前柱多降后柱的方式来提架，这样又造成顶煤的二次破碎，制约了工作面快速推进。进入143上06（南）工作面后，对ZFS5400液压支架进行改造，在底座箱前柱上焊接了抬底装置，移架降柱前先给抬底装置供液，随着降柱底座箱抬起，前梁不脱离顶板，大大减少顶板离层。同时，由于支架前梁带有伸缩梁，143上06工作面生产中顶板事故大为减少，保证了工作面快速推进，日进18m。

    6 电液控制的综放设备移架

    兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿将电液控制系统应用于4326工作面的综放设备，形成了一套技术含量高、设备配套性能好、自动化程度高的综放成套设备与技术，与之配套的采煤工艺也得到了进一步的改进，使设备的能力得到更好地发挥。该矿的采煤工艺模式、移架、推移前后输送机和放煤工艺都是比较具有特色的技术。

    4326工作面的前后输送机均采用机头平行布置的方式，因而在工作面两端各自设置3架过渡支架。但是，过渡支架不能及时支护，即采煤机割煤后的过渡支架必须在前部输送机机头推移后才能移架，因而造成工作面的基本支架和过渡支架不能够顺序前移，移架工序比较复杂。

    采煤机端部斜切进刀单向割煤情况下的移架顺序如下：①采煤机斜切进刀割透煤壁反向时，将1#～3#过渡支架伸缩梁伸出；采煤机反向完成割底煤进入正常割煤，滞后采煤机前滚筒或者后滚筒2架将支架护帮板挑起，顺序将基本架移一个步距；移架时先收护帮板（在支架电液控制程序设计时应保证移架时无论护帮板处于伸或者收的位置，个动作均为收护帮板），直到工作面上端最后一架基本架（4#～200#）。当采煤机的滚筒到达25#支架的时候，即将前部输送机机头推向煤壁（应保证6甲同时推），为下一个割煤循环斜切进刀做好准备。②机头推移后，将工作面下端过渡架（1#～3#）移一个步距，移架顺序为2#、1#、3#。③采煤机进入正常割煤时，前部输送机已经全长自下而上（或自上而下）推向煤壁，待前部输送机机尾推向煤壁后，顺序将机尾处的3架过渡架（201#～2033）向前移一个步距。移架顺序为202#、203#、201#；采煤机割透上端煤壁后，将上端3架过渡架的伸缩梁伸出，以及时支护顶煤。

    7 综采面全断面掩护法撤除液压支架

    兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿研究出用3架掩护架回撤的全断面掩护法撤除液压支架，并且成功地在综放面和综采面进行了应用。根据工作面实测，支架的切顶线至煤帮支柱的净宽为（综采）5.9～（综放）6.2m，除去采空区及煤帮侧支柱的空间，剩余4.9～5.2m，正好放3架掩护支架，达到了全断面支护顶板的目的。为了便于3架掩护支架调整到位，首先利用回柱绞车调整煤帮侧3#掩护架到位，再调整采空区侧1#掩护架，最后将中间2#掩护架调入两者之间。若工作面端部空间小，可以预先在端部撤出1～2架支架，再作调整。

    支架回撤的工序流程是：改贴帮支柱、撤架、打戗柱、拉移采空区侧掩护架、拉移中间掩护架、回圆木、拉移煤帮侧掩护架、回料（柱）。工作面剩余1架排头架和3架掩护架的时候，便进入了最后的关门时期。先撤除中间掩护架，并且在其原来的位置下架设2条3m长的抬棚配合单体支柱维护顶板；撤除老塘侧掩护架，并且在1#、2#掩护架的位置施工一个3m×3m的井字形方木垛，以支撑顶板及老塘侧的压力；撤除煤帮侧掩护架，若顶板压力较大，可以在其原位置施工一个1.6m×1.6m的井字形方木垛，来保证出口处的安全；在3架掩护架撤除完毕后，首先利用点柱或者抬棚对排头支架上方的工字钢进行加强支护，然后利用回柱绞车分步将排头支架拉出，并且随着支架的拉移，将支架后方的支柱及工字钢棚回出，直接进入顺槽。此种新工艺回撤迎头支护强度高，顶板下沉量及煤壁片帮量减少，给支架回撤创造了一个安全空间；工作面自停采到封闭时间短，有利于防火，回撤速度较以往提高30%，支架和支柱租赁费与配件费用减少，材料降耗和加大回收价值也相当显著。 

    8 迈步自移式掩护支架在综采面撤除中的应用

    兖州矿业（集团）公司东滩煤矿在认真总结分析综采工作面撤除期间矿井压力显现规律和以往成功经验的基础上，改用迈步自移式掩护支架加强对撤除期间的顶板管理，取得了良好效果。为解决传统绞车拖移掩护支架存在的问题，他们在分析撤除工作面地质条件的前提下，决定取消此种牵引模式，改用拉移梁结构实现3组掩护支架的迈步自移。

    具体做法是：①借鉴刮板输送机与液压支架的相互连接及作用关系，设计用于掩护支架前移的拉移梁。梁体采用分段铰接结构，利于现场安设和维护。按不同拉移位置需要设置8个拉移连接口。为保证拉移梁和掩护支架的合理受力，支架两侧设置特殊支撑架体，实现与拉移梁自由连接。②自移梁安设在3组掩护支架前端，分别与3个支架的推移框架连接。任何一组支架需要前移时首先将3组支架的推移框架伸出，利用支撑架体锁住其它2组支架，然后利用拉移梁将前移支架拉移到位。依次类推实现3组支架的迈步自移，并根据现场顶板情况及时调整掩护支架的支护位置，实现对顶板的有效支护。③在3组掩护支架的掩护下，利用拖移绞车依次将工作面支架调向，然后拖出装车运走。遇到局部顶板破碎时，可利用掩护支架架设倾向抬棚配合单体加强支护的方法控制顶板。最后3组掩护支架的撤除利用回柱绞车依次将其调向，然后拖出工作面，从而结束整个工作面液压支架的撤除工作。

    由于掩护支架拖移方式由绞车拖移改为迈步自移，减少了前移、调整支架的施工环节，节省了时间，提高了效率，加快了综采工作面撤除速度；同时，由于掩护支架实现迈步自移，减少了撤除期间的空顶时间，加强了对顶板的支护，确保了撤除液压支架的安全快速施工。

    9 综放面设备快速撤除研究与实践

    兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿的无轨胶轮车辅助运输系统已在采掘面的设备安装、材料设施、人员及矸石运输等方面充分发挥了优势，但在综放面设备撤除中却一直未能发挥安全、高效的特点。为此，他们对综放面停采方式进行了新的探索，实现了综放面设备快速撤除，减少了停采时间和设备租赁费用，体现了无轨胶轮车在综放面设备快速运输中的优势。

    912X重型支架撤运车（整车尺寸9456mm×2126mm×1880mm）和MK3S多用途车（整车尺寸7290mm×2390mm×1716mm）的外形尺寸比较大，进出工作面需要提前准备好足够的空间，他们决定在工作面的停采线处提前施工1条撤架通道，满足胶轮车直接进出工作面的条件。停采线附近的煤层比较稳定，平均煤厚为7m，无其它地质构造，两顺槽均为锚网支护，两巷高差14m，撤架通道坡度5。左右，撤架通道长度153m。撤架通道考虑将来与工作面贯通，其西头超前东头3m，以满足工作面推进与撤架通道相平行。工作面设备包括胶带顺槽的胶带、转载机、破碎机和辅助顺槽的移动变电站、前后部输送机（同时撤除采煤机）、液压支架。设备撤除主要使用912X重型支架撤运车和MK3S多用途车，工作面的高度和宽度可以让这两种车直接开到设备撤除点进行装车。移动变电站、采煤机、前后部输送机撤除时直接就地装车外运，液压支架抽出调正后直接用支架车本身的液压绞车装车外运，其余的小件用多用途车搬运。工作面设备撤除从开始到结束用了15天，比原来提前了10天。由于设备撤除不需要绞车窝，减少了施工工程量，也减小了下一步沿空巷道施工的安全隐患。

    10 全断面掩护法撤除综采面支架有新法

    华北矿业高等专科学校和兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿开展了全断面掩护法撤除综采工作面液压支架的研究，通过对传统撤除方法存在弊端的分析，提出了全断面掩护法撤除支架的方法和工艺过程，经过多个综采、综放工作面的实践，取得了良好的技术经济效益。

    传统的支架撤除方法是在工作面的一端调整2个支架作为掩护支架，随支架的撤除交错迈步前移。因为2个掩护支架仅能支护3m宽的顶板，为了形成支架撤除的安全工作空间，每个前移掩护支架上必须穿上2根大圆木，2个掩护支架之间需要用木板梁和抬棚联合支护，效率低、强度大、物耗多。尤其是在有严重自燃发火危险的工作面，支架撤除速度过慢，极易形成自燃发火隐患。

    他们通过长期的观察和分析，发现采用3个掩护支架回撤液压支架的全断面掩护撤除支架法，可以弥补传统方法的不足。为了便于掩护支架及时到位，3个掩护支架的调整顺序是：利用回柱绞车配合滑轮先调整煤帮侧掩护支架（3#架）到位，再调整采空区侧掩护支架（1#架），最后将中间掩护支架（2#架）调入两者之间。若工作面端部空间较小，可预先在端部撤除1#、2#支架，再做调整。支架撤除的工艺流程为：改贴帮支柱→撤除支架（除3个掩护支架外的其余支架）→切顶线处打柱支护→移采空区侧掩护支架（1#架）→移中间掩护支架（2#架）→回出圆木→移煤帮侧掩护支架（3#架）→回料（柱）→工作面关闭。实践表明：应用此法时，回撤面支护强度高，顶板下沉量及煤帮片帮量明显减少，给支架回撤创造了一个良好的工作空间，回撤速度比传统方法提高近30%；每个工作面节约坑木、少损坏单体支柱及减少设备租赁费用价值10万元以上。

    11 工作面液压支架快速撤除技术

    为了改善煤矿综采工作面撤除条件和工作人员的劳动强度，兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿研究出了采取专用小支架作为掩护支架的撤除新方法。

    ⑴新工艺操作方法。①小支架安装。根据现场空间先撤1～2组端头支架，将1个车盘装好的2组小支架运到位，卸车后用4个平衡千斤顶联在一起向里拖拉，推移横梁运到位并调正后通过十字联接头与2组小支架联在一起。同法安装另外2组小支架。安装调整小支架时及时支改单体支柱，保证安装空间和对顶板的有效支护。待小支架基本调正、停采线以里的单体支柱和铁棚按要求回出后方可进行下一步。②正常支架撤除。正常支架抽出后，向外拖至不影响拉小支架处，从空碴侧拉小支架。先拉1#架0.75m，而后拉2#、3#、4#小支架。拉2#架时用平衡千斤顶调整其位置保证符合工作空间。拉排小支架后从43小支架开始拉第二排，以4#小支架为基准依次拉调3#、1#、2#三组小支架，进入下一循环。③小支架撤除。待工作面原有支架剩余4组未撤时再撤小支架。拉小支架前在其前梁上间隔0.75m放入工字钢，待剩余一组正常庄稼时在小支架上的工字钢下支4～6棵单体支柱以维护顶板，而后将推移横梁拆开拖出装车，再将1#、2#小支架尽可能地靠近，把后侧2个调平千斤顶拆除向外拖2个小支架至组装硐室装车，同时在抽撤小支架时及时补打单体支柱和木垛维护顶板。

    ⑵新工艺的优点。使用小支架后，调掩护架的空顶面积由原来的11m×6.5m减少为5m×6.5m，有利于早期对顶板的支护；小支架的前梁在满足强度的前提下可做得薄些，加大顶底板空间，以利于调架，并解决了掩护支架调整时拉不动的问题；由于小支架较轻，拉移相对容易，消除了掩护架调正后单体支柱回撤时的困难，拉移过程中不影响掩护区域外的其它工作，尤其在工作面支架较多的情况下更显顺利快捷；在顶板破碎或遇到压力大的工作面时可改变小支架间距以利维护顶板。

    12 综放工作面端头放煤支架改造应用

    由于国内尚无成熟的用于综放工作面两个端头的放顶煤支架，因此综放工作面端头支架普遍存在着不放煤或者少放煤的现象。兖州矿业（集团）有限责任公司通过分析比较，发现ZFG5400过渡支架虽然不具备端头放顶煤的功能，但是用于端头结构合理，较好地满足了前后输送机机头、机尾对支护空间的需要，通过改造完全可以使其具备端头放顶煤的功能。目前，改造后的支架已经在鲍店煤矿的1306、1304、1310综采放顶煤工作面中予以使用，端头放煤率由0提高到74%，整个工作面的回收率亦提高了1.9%～3.5%，取得了良好的经济效益和社会效益。

    此项改造采用了掩护梁加铰接伸缩尾梁的方式，利用尾梁千斤顶控制伸缩尾梁的结构形式，在放煤的时候收回插板而依靠尾梁的上下摆动来实现放煤。改造以后的支架具备以下几个显著的特点：①整个掩护梁的长度大为缩短，改善了支架的受力状况，稳定性增强，四连杆的损坏比未改造前明显降低。②改造后的放顶煤端头支架的放煤口位置与中间支架处于同一断面上，工作面的整个支架后部形成了一个连通的放煤槽，可以依靠煤体的压力和支架尾梁的上下摆动来松裂顶煤，因而极大地提高了顶煤的放出率。③其掩护梁与原过渡支架存在着互换性，因此减少了配件的储备品种和数量。④能够与综放工作面的ZFG5200-18/32中间支架配套使用。⑤改造后的支架后部空间大，有利于放煤和过煤以及设备维修。⑥支架接甲容易而且速度快、动作轻便灵活，移端头支架的时间由以前的2min降低到1min。⑦操作简单方便，放煤的时候自动喷雾，降尘效果好。

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