浅埋深工作面自移式巷道超前支护技术研究

张严敬 石 虎 刘祥彬

（山东能源重装集团鲁南装备制造有限公司，山东 枣庄 277521）

1 概述

鲁南装备公司承揽了陕西红柳林煤矿超前支架加工制造任务，针对浅埋深、薄基岩顶板、厚冲积岩覆盖及煤层致密坚硬的地质条件，按红柳林煤矿24201工作面设备配套要求设计巷道超前支架组，研发适应巷道锚索支护、不平整等情况自移式巷道超前支架，与同类型支架相比，具有适应性强、可靠性高、结构紧凑、支护能力大、操作方便、移架速度快等特点。

2 基本设计方法及原则

（1）应用“液压支架参数优化程序”进行支架结构参数化设计。

（2）应用“液压支架参数化、可视化、动态受力分析程序”对支架进行全程动态受力分析。

（3）主要结构件、主要连接件计算机综合强度校核。

（4）针对煤层赋存条件，保证性能上可靠，结构上合理，使用方便，技术经济性效益好，并兼顾技术上先进性。

3 超前支架主要参数确定

（1）高度确定。由于超前支架体积比较大，运输时要解体，因此，对超前支架最低高度要求不严格，仅考虑实际使用高度，即满足控顶、通风、运输、行人及与工作面支架及其巷道的高度等配套关系。所以调高幅度可以在一个较小的范围内变化。

（2）宽度确定。主要指顶梁宽度，顶梁宽度应能适应回采巷道上宽的需要，在巷道内留有适当间隙（一般应为200mm左右）的前提下，尽量增大其支护面积。在设计时，为适应回采巷道宽度的变化，保证端头支架顺利前移，顶梁一般设计成前窄后宽的楔形。

（3）支护强度确定。液压支架的支护强度主要取决于工作面顶板条件、煤层埋藏深度和采高等因素，由于该工作面顶板条件较好、埋藏较浅，考虑支护强度系数，确定需要的支护强度较大。

（4） 工作阻力计算。超前支护基本是在顺槽内，支架的支护强度确定后，可以不考虑空顶距（Lk=0），计算超前支架组的工作阻力。

4 支架稳定性

支架稳定机构主要作用是保证支架组的纵向和横向稳定性；承受和传递外载；保持支架的整体刚度、确保支架稳定的措施。

（1）减小四连杆机构销孔间隙，可以有效减小顶梁的偏摆量，提高支架的稳定性。根据计算，当间隙为1.5mm时，采高4.5m时的顶梁最大偏摆量可达到104mm，当间隙设计为0.85mm时，最大偏摆量可降到55mm。减小销孔间隙增加了加工的难度，但根据目前国内的加工水平，完全能够实现。为了减小四连杆机构的销孔间隙，孔尺寸设计为Φ118H11（0.22，0），轴设计为Φ117.5H10（0，-0.14），以保证四连杆机构的销孔间隙在0.5～0.86mm之间变化。

（2）控制铰接处的横向配合间隙，也可以有效减小顶梁的偏摆量，提高支架的稳定性。为了保证四连杆机构连接处的横向间隙不超过8mm，在名义间隙设计为8mm的前提下，档宽公差设计为（0，-1），耳座宽度公差设计为（1，0），以保证四连杆机构连接处的横向间隙在6～8mm范围内变化。

（3）提高结构件的刚度，主要结构采用Q550、Q690低合金高强度板。

（4）增大调架能力，有利于提高支架的稳定性，两架之间通过调架千斤顶连接，千斤顶缸径选择Φ125，移架时可通过控制系统使调架千斤顶同时供液，以保证支架移架时的稳定性。

5 超前支架对巷道的适应能力

对于两架一组的中置式超前支架，整架均放置在巷道内，架体应有适应巷道尺寸变化的能力，才能充分发挥超前支架的作用。由于超前支架纵向长度较长，在拉架过程中易歪斜造成移架困难，为此，顶梁应设置数组调架装置，包括连接头、调架千斤顶等。

红柳林煤矿24201工作面埋深浅，位于陕北侏罗纪煤田东部，且轨道顺槽为沿空顺槽，综合因素使工作面巷道顶板压力加大，超前支架工作阻力的增大必然增加支架重量，必须加大推移千斤顶缸径，选用缸径为Φ230mm的推移千斤顶，并且在推移千斤顶一端连接十字连接头，增强超前支架对严重变形巷道的适应性。

6 超前支架主要技术参数

超前支架主要技术参数见表1。

表1 超前支架主要技术参数表

7 超前支架主要结构特点

ZTC20580/22/45型超前支架的结构特点如下：

（1）回风顺槽布置三组超前支架，每组超前支架支护长度约7m，三组超前支架支护，总长度约22m，适用巷道断面为高×宽=2600mm×5200mm。

（2）为保证支架的稳定性，支架的稳定机构设计为小间隙刚性四连杆机构，结构稳定可靠。

（3）每组超前支架左右架顶梁通过销轴、连接头、连接横梁相连接。

（4）顶梁内侧设有护顶板，靠近综采工作面的一组超前支架顶梁安装护帮板。

（5）每组支架左右架底座通过销轴、连接梁连接为一体，左右底座之间宽度约3000mm。

（6）前后组超前支架底座通过推移千斤顶、连接头相连，实现迈步交替自移；每次移架步距1900mm，推移步距满足割两刀煤移一次支架的要求。

8 结论

本项目适用于巷道顶板压力大、断面面积大、巷道变形量大的巷道超前支护，尤其适应巷道顶板进行过锚固的不平整巷道顶板情况。支架每个顶梁上方设有六个凸台，使支架前移时尽量避让开锚杆，保护锚杆不受损坏，还可以减少超前支架对巷道顶板的反复支撑次数，有利于巷道顶板的维护，保证工作面安全生产。