充填开采工作面上巷端头液压支架的设计与应用

引言

工作面端头是工作面与上下巷贯通地点，充填采煤工作面端头空间相对要大，以便布置运矸转载皮带机及其配套的机电设备，同时也是设备物料运输和工作面人员进出通道。传统的充填采煤工组面上巷端头采用单体支柱配合长梁进行支护，并且巷道后方的充填物料自然堆积无法进行夯实。因此，上巷端头位置支护和管理意义重大，必须设计适用于充填开采工作面的新型端头支架。

1、7608（底）层充填工作面概况

1.1地质概况

7608（底）工作面地面位于邢台矿工业广场东南。工作面偏西北方向是矿山救护队新建大楼，最近处不足100m，另外工作面北部对应地面位置处有交通设施、管线设施等。工作面的开采预计会对矿山铁路专线、矿至工人村公路、救护大队新建办公楼等地面建筑设施造成一定的影响。

1.2煤层赋存情况

7608（底）工作面走向长度584～588m，倾斜长度约为59.5m，本工作面所采煤层为2号煤，属复杂结构厚煤层，工作面区域内，煤层平均厚度为6.14米，煤层倾角2～14度，平均9度左右。整个煤层分为上下两个自然分层，上分层平均厚度为3.14米已回采完毕，现余厚平均为3.0米。工作面工业储量为12.7万吨，可采储量为11.8万吨（工作面回采率为93%），服务年限10个月。

2、充填工作面新型端头支架设计

2.1新型端头支架设计目的

工作面回采期间，机尾顺巷布置有运矸转载皮带机，因此没有空间安装占巷支架支护顶板，为避免机尾空顶采取π型梁配单体支柱的支护方式，顺巷打四道π型梁支护，随工作面的推进进行迈步交替支护；这种作业方式导致工人劳动强度大，需要支、回、搬运一定数量的单体支柱和π型梁，并且有短时间的空顶作业，具有一定的危险性；其次，没有支架占巷导致巷道后方4m宽范围内无法对充填物料进行捣实，充实率低。为解决上述问题，有必要研究、设计一种分体式端头支架用于支护机尾三角区顶板，实现运矸转载皮带机的通过和巷道后部的充填捣实作业。

2.2端头支架技术特点和要求

从7608（底）工作面充填工作面的初采技术条件即可看出，工作面两端头受采动影响最大，矿压显现复杂。而且机尾端头区是运矸设备的交接點，设备布置密集，更是行人、运料的咽喉部位，既是顶板维护的重点，又是顶板管理的难点。由此可以总结得出端头支护必须要具有以下方面的技术特点和要求：①要求端头液压支架采用分体式设计，适用于井筒和巷道断面规格较小的老矿井应用；②要求端头液压支架用于支护机尾三角区顶板，支架中间可以通过运矸转载皮带机；要求端头支架必须要有良好的横向与纵向稳定性，实现工作面机尾三角区零空顶；同时要有足够的立柱空间满足运矸转载皮带机通过。③端头支架高度和宽度必须能适应巷道宽度和高度的变化，更好的实现顶板支护；④要求设计同端头液压支架配套的捣实机构，实现对架后充填物料的夯实；⑤要求设计端头液压支架自动拉移装置，使支架自身具备拉移功能。

2.3端头支架结构设计

ZT13200/18/34型自移式端头支架组用于充填工作面生产，代替单体支柱支护机尾三角区，具有操作简单、自移并可自动调整宽度的优点，是保证巷道设备和作业人员安全的一种新型端头支护设备。经过实际的装备运用和技术改进，现已成型并在逐步推广使用。①技术特征。端头液压支架高度为1.8-3.4米，宽度为3.162-3.562米，初撑力为11868KN（P=31.5Mpa），工作阻力为13200KN （P=31.5Mpa），对底板比压为1.8Mpa，支护强度0.5Mpa。②端头支架的结构。支架承载件结构：端头液压支架采用支撑式分体结构，整体分为三个部分，即：侧架、中间架和拉移梁机构。左右侧架分别由前底座、后底座、前顶梁、后顶梁、立柱、反四连杆机构等部分组成；中间架由两组侧架和多块顶梁连接板组成，其后部安装有捣实机构，用于夯实架后的固体充填物料。

图 充填端头液压支架组结构示意图

3、ZT13200/18/34型端头液压支架组应用效果

通过对7608（底）工作面自2014年7月3日至2014年10月15日在线矿压监测数据进行分析得出以下结果：①充填开采初期，工作面没有安装端头支架占巷，采用DW—2.8/3.2单体配合“π”型长梁进行加强支护，沿运矸巷运矸转载机两帮各打两道长梁，长度为10米，两道长梁相互迈步前进。运矸巷后方充填物料通过运矸转载机卸载后，无法进行密实充填，后部顶板下沉较明显，相邻的39-42#液压支架工作阻力较大明显高于工作面中部，工作面机尾部分的充填体未能有效控制顶板运动，其顶板部分载荷由支架承担，支架后部悬挂的充填刮板输送机机尾使用底座支撑，拉移底座困难。②充填开采中期，设计安装的端头液压支架支护起运矸巷后部7.5*3.6m范围的顶板，支架后部的捣实机构可以有效的对充填物料进行夯实。根据在线矿压监测数据显示，端头充填液压支架的工作阻力由安装初期的20MPa下降到16MPa；随后，将39-42#液压支架与工作面中部液压支架进行了对比，结果显示随着工作面的推进，两者工作阻力数值差越来越小；充填刮板输送机机尾部采用吊挂方式固定后，刮板链运行平稳，同时避免了拉移底座带来的工作量。

结语

ZT13200/18/34型端头液压支架组的设计和使用，改变了传统实现了的充填采煤工组面上巷端头顶板管理问题，实现了充填开采上巷端头支护的机械化，减轻了工人劳动强度，提高了端头区的安全性；实现了对巷道的充填，从而提高了整个工作面的充填效果；同时可多处理矸石粉煤灰混合物料7000m3，减少矸石、粉煤灰对环境的污染及矸石处理所占用的土地，经济和社会效益显著。

（作者单位：冀中能源股份有限公司邢台矿）

作者简介

李新军（1975- ），男，河北井陉人，工程师，主要从事煤矿机电技术与管理工作。