放顶煤工作面端头液压支架的研究与应用

陈振成

（冀中能源股份有限公司东庞矿，河北 邢台 054200）

0 引言

东庞矿北井主采9号煤，采用综采放顶煤采煤工艺，长期以来致力于综放工作面机电配套设备技术革新研究。近年来，为了改变端头支护现状、提高端头顶煤回收，在9210工作面首次采用自行设计简易端头放煤支架，从此开始端头支架的研究，经过现场试验证明，端头支架能够确保端头顶板安全、实现高效回收端头顶煤，应用效果显著。后期通过与邢台机修厂合作，研制应用了ZT4400/18/34型端头放顶煤支架，并成功应用到放顶煤工作面。

1 ZT4400/18/34型放顶煤端头液压支架研制

1.1 端头液压支架结构组成

端头支架形式由2架支架并列组成，其主要由顶梁、前梁、伸缩梁、上连杆、前后连杆、底座、顶梁连接杆、移架千斤顶、尾梁、放煤机构以及液压系统等部分组成。

1.2 支架各结构的确定

1.2.1 前梁的确定

端头支架前梁采用整体带伸缩梁结构，伸缩梁起到临时支护的作用，同时前梁将端头支架顶梁连为一体，提高了支架的稳定性。

1.2.2 顶梁的确定

端头支架由2架支架并列组成，2个顶梁对称设计，前部设置了前梁及千斤顶的连接位置，后部设置了尾梁及千斤顶的位置。顶梁之间通过连杆连为一体，提高了支架的稳定性，每个顶梁通过上连杆、前、后连杆、立柱与底座连接，同时支架顶梁设置了活动侧护板，以加大支架的护顶范围。

1.2.3 上连杆、前、后连杆的确定

采用上连杆上部与顶梁铰接，下部与前、后连杆铰接，同时上连杆、前连杆、后连杆和底座两两相互铰接形成稳定四连杆结构，端头支架的每列支架都设置了相同的四连杆机构，以提高支架的稳定性。上连杆、前、后连杆均采用高强度版箱体焊接结构，并且设计时尽量加大连杆断面，以提高连杆的抗扭性。

1.2.4 底座的确定

端头支架2个底座对称设计，其前端设置支架自移拉移孔，底座与前、后连杆的铰接型式均为单轴孔铰接。

1.2.5 顶梁连接杆的确定

为了提高支架的稳定性，顶梁通过连接杆相连，连杆焊有顶板，可以维护顶板，防止顶煤垮落。顶梁连接杆采用高强度箱体焊接结构，以保证强度。

1.2.6 放煤机构的确定

放煤机构采用整体尾梁带插板结构，同时放煤机构前端与两顶梁相连接，将顶梁连为一体，提高了支架的整体稳定性。

1.2.7 支架液压系统

液压系统设计要点有3点。1）φ25mm主进液管，φ32mm主回液管，其余胶管及接头均为KJ系列，邻架操作。2）立柱、尾梁采用200 L/min大流量阀，其余为125 L/min。3）立柱及千斤顶密封选用优质聚氨酯切削密封4、立柱分开操作，以提高支架的适应性。

2 端头液压支架技术特征与结构特点

表1 端头支架技术特征参数表

3 端头液压支架的主要结构特点

端头液压支架的主要结构特点有7点。1）支架结构简单，操作方便，每个结构件均满足井下运输条件。2）端头支架由两列支架并排组成，每架台支架都有独立的四连杆机构，以提高支架的稳定性和抗扭性；顶梁通过前梁、连接杆及尾梁连为一体，进一步提高了支架的稳定性。3）支架采用铰接顶梁带伸缩梁型式，提高了支架对顶板的适应性，同时为前刮板运输机机头提供了安全空间。4）放煤机构采用大尾梁带插板结构，不仅实现了端头区域顶煤的回收，而且能将转载机机尾完全掩护住，保证了设备的安全。5）两顶梁外侧均设有活动侧护板，保证了与过渡支架的密封性，同时加大了支架的护顶范围。6）两底座间距离为 1 330 mm，保证转载机顺利通过。7）端头支架前端设有拉移孔，通过大链、连接头与转载机拉移千斤顶连接，实现端头支架的自移，从而与工作面推进速度相适应，提高生产效率。

如图1 所示，端头支架与过渡支架并排布置，为了适应开采工艺，设备移动顺序为：推前溜——拉过渡支架——拉端头支架——拉后溜——拉转载机。

图1 ZT4400/18/34型综放工作面端头液压支架与配套设备示意图

4 ZT4400/18/34型综放工作面端头液压支架现场应用分析

4.1 工作面概况

端头液压支架成功应用到9202C、9205外工作面。工作面煤层结构复杂，沉积稳定，由92及93煤层合成，平均6.9 m。煤层平均倾角为15.5°。工作面皮带巷沿底板掘进，断面规格为4.5m×2.7m（宽×高）。

4.2 配套设备

端头液压支架技术的具体特征见表2。

表2 ZT4400/18/34端头支架技术特征参数表

4.3 工作面采煤工艺

工作面采用走向长壁后退式综采放顶煤、全部垮落法控制顶板采煤法。设计平均采高为2.4 m，采放比为1∶1.57。工艺顺序：采煤机端头斜切进刀→割煤→移架→推前溜→放顶煤→拉后溜[1]。

4.4 支架应用情况分析

在9202C、9205外工作面皮带巷下端头布置一台ZT4400/18/34型端头支架，通过现场应用与简易放煤支架、单体交接梁支护端头具有以下优点。

4.4.1 实现了对端头区域的高强度安全支护

ZT4400/18/32d端头支架由2架支架并列为一组的支架结构，且顶梁通过整体顶梁、连接杆及整体尾梁连接为一体，不仅提高了支架的稳定性，实现了对顶板的支护，提高端头区域的安全性，减少单体支护材料投入，每班操作人员由4人减少2人。

4.4.2 实现了端头区域的安全高效顶煤回收

采用大尾梁带插板结构的放煤机构，增大了放煤空间，充分利用装载机将落下的煤运出；在不放煤时，可将插板伸出，能很好地将转载机机尾掩护住，避免后部垮落的煤、矸对转载机的机尾冲击。据统计，该工作面多回收煤炭资源1万多吨，取得了良好的经济效益。

4.4.3 端头支架实现放煤，减少了资源损失，利于工作面防灭火管理

端头支架增设放煤机构，实现端头顶板随采随垮落，不需要采取人工强制放顶、人工垒墙挡风堵漏风等措施，节约材料投入，减少工作面防灭火人员及漏风量，降低“一通三防”管理难度，提高安全生产的可靠性[2]。

4.4.4 缩短了循环作业时间，加快了工作面推进度。

采用端头机械化，职工的劳动强度降低，操作速度加快，大大缩短了工作面循环作业时间，提高了开机率，加快了工作面推进速度，提高了工作面生产效率，为实现安全高效采煤工作面奠定了基础。

5 结语

ZT4400/18/34型端头支架结构简单，操作灵活、安全可靠。布置在前、后刮板运输机之间，大大缩短了与工作面过渡支架的滞后距离，减少了端头空顶区域空间，提高了端头顶煤回收率，增强端头的顶板支护强度，减少端头顶板事故发生，各项技术指标均达到设计要求。为今后综放工作面端头支架全面推广和使用提供宝贵的理论和实践经验。