采面风巷超前支护支架应用技术研究及实践

综采工作面风巷超前支护支架应用技术研究及实践一、开题报告河南平宝煤业有限公司开采煤层主要以己组煤和戊组煤，己组煤以焦煤、瘦煤为主，煤层瓦斯含量大，瓦斯压力平均2.35MPa，为突出危险性矿井。己组煤的己15、17—12041采面为集团公司第二个综合自动化工作面。工作面采用分层开采，先开采上分层，后开采下分层。己15、17—12041综合自动化工作面位于己二采区西翼上部，采面东邻中央回风井，西至采区边界F7断层,北面与白石山背斜轴间隔一个区段，以南为还未开始掘进的己15、17—12061采面。采面地面标高+115～+139.5m，采面标高-581～-629.2m。采面走向长1430m，倾斜长159m，回采斜面积为227370m2，工业储量1273272t，可采储量为1184142t。采面煤层走向N37°W，倾向N33°E，倾角3°～19°，煤层厚度3.3～8.4m（平均6m），采高4.0m，瓦斯绝对涌出量13.2m3/min，相对涌出量为10.46m3/t，瓦斯压力1.38MPa，按突出工作面管理。采面以瘦煤为主，水分M=2.3%，灰分A=17.9%，挥发份V=19.21%。煤的坚固性系数f=0.2～0.4。平宝公司己组煤平均煤厚6m左右，因突出煤层均采用分层开采，风巷留有底煤，且煤层埋深超过600m，采用传统的单体液压支柱配合铰接顶梁进行支护效果不明显，采面风巷使用超前支护支架的使用技术及管理等方面是个难题。为此采煤战线把“风巷超前支护支架应用技术研究及实践”作为攻关项目，研究与应用好该项目，对集团公司及平宝公司安全效益型矿井建设和可持续发展具有重要意义。二、研究报告（一）现状调查风巷净宽4.2m，净高3.0m，巷道采用锚索网支护。本采面采用分层开采，风巷留有底煤，采用单体液压支柱配合铰接顶梁对风巷动压区支护效果不明显，巷道压力显现明显，顶底板变形严重，两帮移近量大。ZT2×3200/16/32型超前支护支架为集团公司首个在本工作面作为风巷动压区支护的设备，人员对该支架的安装、操作、维护、管理等经验不足，缺乏专业人才。在使用过程中超前支护支架移架步距为1.2m，采面进刀步距为0.8m，在最后一组支架与煤墙齐处需增设单体柱支护，使用率低。（二）风巷超前支护形式风巷超前支护采用4组（8架）ZT2X3200/16/32型超前支护液压支架进行支护，超前支护长度不低于20m。最后一组支架顶梁距107、108架一级护帮板距离保持在1～3m之间，在此范围内沿超前支架顶梁打二排单体液压支柱进行支护。超前支护内防倒千斤顶距底板高度不低于1.8m，当高度低于1.8m时，必须进行人工卧底，保证巷道高度。（三）超前支护支架产品说明（1）、ZT2×3200/16/32型巷道超前支护液压支架是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一种支架。适应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ZT型巷道超前支护支架与巷道π型钢梁或木棚配合使用更安全可靠，大大减轻工人的劳动强度、提高回采效率。（2）、该支架为两架成一组使用（本工作面使用4组8架），两架之间顶梁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伸缩梁相连，前节的底座后部与后节的底座前部通过连接头、移架千斤顶相连，前后节互为依托，达到移架的目的。（3）、ZT型巷道超前支护液压支架主要由金属结构件、液压系统组成。主要金属结构件有：顶梁、底座、前、后连杆、掩护梁和中间伸缩梁等。液压控制系统除了立柱、移架千斤顶、防倒（伸缩梁）千斤顶外，还包括各种液压控制元件（操纵阀组、安全阀、液控单向阀等）和液压辅助元件（管接头件、胶管等）。支架各结构件之间及结构件与液压元件间均通过销轴、螺栓等连接，管路连接采用快速接头、U型卡，拆装维护方便。（4）、支架的主要技术特征⒈型式：四连杆支撑掩护式⒉支撑高度：1.6～3.2m⒊支护宽度：0.56m（单架）⒋初撑力：（P=31.5MPa）2×2616KN⒌工作阻力：2×3200KN⒍支护强度：（平均）1.19MPa（单架）⒎泵站压力：31.5MPa⒏操作方式：手动本架操作⒐立柱缸径：φ230/φ180mm杆径：φ220/φ160mm行程：842/758mm初撑力：（P=31.5MPa）1308KN工作阻力：(P=38.52MPa)1600KN⒑移架千斤顶缸径：160mm杆径：120mm行程：1300mm推力/拉力：（P=31.5MPa）633/277KN⒒防倒千斤顶缸径：110mm杆径：85mm行程：1000mm推力/拉力：（P=31.5MPa）300/121KN⒓伸缩梁千斤顶缸径：125mm杆径：105mm行程：1400mm推力/拉力：（P=31.5MPa）386/114KN⒔护壁千斤顶缸径：100mm杆径：70mm行程：155mm推力/拉力：（P=31.5MPa）247/126KN工作阻力：（P=33.0MPa）262KN⒕前梁千斤顶缸径：140mm杆径：105mm行程：140mm初撑力：（P=31.5MPa）485KN工作阻力：（P=33.0MPa）508KN⒖伸缩梁千斤顶4根缸径：100mm杆径：70mm行程：600mm推力/拉力：（P=31.5MPa）247/126KN三、工业性试验（一）超前支护支架选择本面选用ZT2×3200/16/32型巷道超前支护液压支架8架4组。支架初撑力2×2616kN，工作阻力2×3200kN，支护强度1.19Mpa，底座比压1.7Mpa。估算巷道每组支架的支护强度P，顶板压力Q，底座比压W。①采面8倍采高顶板岩石对支架的压强：P=8MY=8×3×2.5×9.8×1000×10-6=0.588MPa其中：M—采高，取3.0m；Y—顶板岩石综合容重，取2.5t/m3。②采面8倍采高顶板岩石作用在支架上的力：Q=P×S=0.588×103×3.82×0.56=1258kNS—支架前梁端面积S=长×宽=3.82m×0.56mW=Q/S`=1258÷（4.13×0.56）=0.545MpaS`—支架底座面积S`=长×宽=4.13m×0.56m③支护强度的验算：ZT2×3200/16/32型巷道超前支护液压支架工作阻力2×3200kN，支护强度1.19Mpa，底座比压1.7Mpa。Q=1258kN3200kNP=0.588MPa1.19MPaW=0.545Mpa1.7Mpa工作面风巷选用此支架能够满足巷道支护要求。（二）超前支护支架的安装（1）、概述己15、17—12041综合自动化工作面风巷设计使用ZT2X3200/16/32型超前支护支架。该支架单体长4.5m，宽1.3m，最低降架高度1.6m，自重9吨。支架地面调试组装工作完成后，再有计划的进行井下安装工作。（2）、安装前的准备工作1、安装前首先组织人员认真检查工作面安装作业场所、行车路线的顶板状况，如有冒顶或顶板破碎等隐患要及时处理，严格落实隐患排查和整改制度。由专人负责清理作业场所物料，并运到指定位置码放，保证作业空间及退路畅通，及时拉底清渣保证底板平整。2、由专人负责对己15、17—12041风巷及所有工作场所顶板及支护等存在的隐患进行排查处理，并根据整架装车后高、宽尺寸对沿线巷道帮、顶进行排查，确定无卡碰情况才能正式下井运输支架。3、指定专职电工对安装工作所需要的供电线路、开关、绞车等设施进行调试，排除一切隐患保证正常运转。4、安排专人维护运输轨道，保证运输轨道各项安全设施完好，对运输车辆进行隐患排查，确定完好才能装车。5、下井前支架应进行动作试验，确认无误后将支架降到最低位置，装车入井，支架装入平板车应固牢，刹紧防止运输过程中倒架。6、由专人指挥，对高压管路进行铺设并检查，确认无误后，进行通压工作，试压时采用先低压逐步调至规定泵压的方法缓慢进行，严防高压冲击使管路突然脱开而造成高压伤人等意外发生，管路无“跑、冒、滴、漏”现象，确保压力不小于30MPa。7、备足安装使用物料，工具及应急物品。8、所有参与安装人员熟悉避灾路线，配备好劳动保护用品。（3）、运输安装顺序地面装车—副井入井→-600m轨道石门大巷→己二集中轨道巷→己15、17—12041采煤工作面风巷→安装地点→起吊卸车→推移到位→安装防倒千斤顶→对接液压系统→升架→调试→试生产。（4）、支架安装要求技术要求：安装超前支架伸缩梁朝前倒下支架，卸车安装处使用单体柱配合工字钢梁，分别架设两架对棚（每根钢梁确保一梁四柱），作为起吊梁，进架时支架的前节顶梁在后方，支架运输到位后使用2台10T手动葫芦配合单体支柱起吊支架，使用手动葫芦配合单体支柱调整支架位置；具体要求及参数如下：1、安装位置：本次安装超前支架位于己15、17—12041工作面风巷机尾向外30m处，两架一组依次向外安装。2、安装长度：超前支架安装从机尾向外30m处到50m处，共安装4组，8架超前支架。3、安装空间：巷道净宽不低于4.0m、净高不低于2.5m。4、安装前首先组织人员认真检查风巷、绞车窝等所有作业场所的顶板状况，由专人负责把单体柱、木料、及其它物品运到指定位置。5、由专人负责对风巷安装点前后10m范围内及所有工作场所顶板存在的隐患进行处理，加强维护。6、超前支架与巷道中心线平行安装，每组超前支架与巷道为同一中心线；安装前，首先确定第一组超前支架中心位置，然后依次定出各组中心位置。7、安装每组支架前先将起吊支架的两架对棚架设好，棚距4.0m，柱跟垫上道木防止钻底，架棚时柱头使用垫板或事先割好的皮带块，柱头和钢梁要与顶帮锚网连锁，以防倒棚伤人，棚梁使用大板刹实背牢，柱子要升确保支撑有力。8、支架车进到位后，四轮掩实并使用好戗柱和其他防跑车装置，摘掉钩头。9、将两台手动葫芦分别固定在立柱起吊环上，用导链拴牢起吊环，指定专人开始拉紧导链，拆卸刹车钢丝绳，支架吊离平板车时人员躲开支架及绳道，发出信号向外拉出平板车，然后在安装支架前方打上防跑车戗柱，开始松拉导链使支架底座缓慢着地。10、利用手动葫芦牵拉和单体支柱支顶将支架按照中心靠帮移到安装位置；每组支架安装时先安装下帮，再安装上帮，两架安装到位后安装防倒千斤顶，安装完毕后按照支架与巷道中心线调正支架，中心偏差不超过100mm。11、接通整组支架供液系统试压，确定无误后升紧立柱。12、安装第二组支架，工序与第一组支架安装相同，待第二组支架安装完毕后，安装两组支架中间梁和移架千斤顶，依次按照上述工序逐组安装。安全技术措施1、运输、安装工作由跟班干部统一指挥，确保安全生产。2、运输前要检查绞车是否完好，确认无误方可使用，开车前，专人检查各部绞车及部件是否完好，压柱牢固可靠并有防倒装置，信号、按钮灵活可靠，严禁带隐患开车。3、连接液压支架各管路接头必须干净，无煤尘，试压时，所有人员应躲至安全地方，发现问题要及时处理。4、将顶梁与连杆机构安装好后，必须在连杆和掩护梁之间用硬木楔上，使之固定不动；防止安装前梁时，连杆移动而造成意外事故。5、安装工作必须由专人指挥，运输、起吊等分组作业，所有参与人员必须熟悉行车路线及作业环境，各组组长负责业务保安工作。6、调架、拉移支架时，手动葫芦必须栓牢，单体支柱柱跟、柱头必须垫上木料或垫板，手动葫芦必须悬挂牢固，由专人逐项检查，起吊时人员躲开支架。7、安装期间安排专人及时巡回检查所有场所的支护情况，发现异常，及时加固维护。8、绞车司机开车时必须注意力高度集中，注意绞车滚筒缠绳绞车负荷情况，发现异常情况，立即停车，待隐患排除后再开车，严禁死拉硬拽，损坏设备。9、工作中，人员要远离绳道，开车时严禁横跨绞车绳，严格坚持“行车不行人、行人不行车”制度。10、支架安装工作必须由专人指挥，所有人员及时躲离绳道及手动葫芦等断链可能飞出及弹到的方向，待支架落地放稳后，方可上前，严防意外发生。11、在运输起吊支架的过程中，班长必须清点现场人员，躲离运输路线，杜绝出现在支架的正下方，必须躲到安全地点。（三）超前支护支架的维护1、基本要求：检修工应熟练掌握支架的相关知识，