巷道超前自移吸能防冲液压支架的研制

田省强，陈亚鹏，闫磊

（1.陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西 咸阳 713500；2.西安重装铜川煤矿机械有限公司，陕西 铜川 727031）

随着综采工作面高产高效，综采设备的机械化、自动化、智能化的不断提升，通风，运输和开采工艺的要求，工作面的运输巷、回风巷道的断面尺寸越来越大，随着高效开采，增加了对煤岩的急剧破坏。冲击地压是综采工作面推进开采过程中遇到最严重的灾害之一，经常发生冲击地压现象，从而造成严重的安全事故。在工作面两巷发生冲击地压时，围岩遭到瞬时破坏，垮落，同时伴随有剧烈的震动和声响，经常会引起巷道底臌、冒顶、片帮，严重时会造成巷道完全闭合，出现人员伤亡事故。

1 工作面地质条件

以彬长集团胡家河矿业有限公司401106 工作面的调研与考察，设计走向长度约2604m，可开采长度约2349m（平距），倾向长200m，厚度12.8 ～27m，煤层平均厚度约23m，总体趋势从工作面南西侧向北东侧煤层底板逐步升高，最高处为切眼附近。煤层结构简单，一般只有1 ～2 层夹矸。其顶板岩性以灰～深灰色泥岩、砂质泥岩为主，底板则以黑色炭质泥岩为主。

2 吸能防冲超前支架总体设计

（1）根据煤矿安全规程以及煤矿安监局对于综采放顶煤工作面或具有中等及以上冲击危险区域超前支护范围不得小于120m。彬长胡家河矿井超前支护长度为200m，采用两组防冲超前支架及55组防冲单元支架组成。其中两组防冲超前支架整体布置图2 如下。

（2）胡家河矿业有限公司401106 工作面图1 巷道断面尺寸长×宽为5600mm×3700mm，为实现全断面支护，防冲超前支架采用两架一组，整体采用左右双四连杆稳定机构，立柱与四连杆采用交错布置，底座采用整体底座，中间设置有人行通道。顶梁采用整体结构，顶梁前端和侧面设置有护帮板，立柱底部增加了吸能装置，能够实现巷道支护及吸能防冲作用，提高了支架的稳定性及适应性。如图3。

图1 巷道断面图

图2 防冲超前支架巷道布置图

图3 吸能防冲超前支架示意图

（3）根据调研结果，明确了抗冲击方式以加大工作阻力刚性防冲、采用高强板焊接箱体等加强支护，支护强度增大，可以大幅度减少运输巷、回风巷道在冲击载荷作用下的巷道收敛变形，支护强度不小于0.7MPa。

（4）在常规支护构件中增加阻尼或吸能装置来缓冲巷道冲击载荷，能够实现快速吸收、抵御巷道受冲击载荷所释放的能量。

（5）设计多级多个不同流量的安全阀实现快速响应泄压。

3 关键结构的研究

（1）根据矿井实际地质条件，对比周边矿区总结经验，提高防冲超前支架组的工作阻力，为巷道支护提供足够的支护强度，一组超前工作阻力为2×13000kN，共布置两组。

（2）引进北京城田吸能立柱技术共同研制让位吸能防冲立柱并应用到超前支架中，立柱底部增加吸能装置来缓冲巷道冲击载荷，如图3 中的序号1。采用诱导式预折叠构件，用于在冲击地压发生时实现支架的让位阻力、让位位移、让位速度、让位频率、让位刚度、让位能量的可变功能，吸能立柱具体参数如表1 所示。

表1 吸能立柱技术参数

（3）采用多级大小流量安全阀作为卸压装置，每根立柱下腔设置有3 个安全阀，保证在受冲击发生时能够打开多通道进行泄压。分别采用2 个FATA1000/50 和1 个FATA160/50 的安全阀，如图4 中的序号2、3、4。

图4 吸能立柱示意图

4 自移吸能防冲支架移架原理

巷道超前支架移动过程过程包括升前架立柱、降前架立柱、推前架、升前架立柱、降后架柱、拉后架、升后立柱等7 个动作，7 个基本动作均由乳化液泵站提供动力通过液压缸往复运动完成，具体过程如下。

第一步：升前架立柱。当支架需要上升到支护状态时，由液压系统控制操纵阀完成4 根立柱上升到顶梁与顶板充分接顶，达到初撑力阶段。如图5a）。

图5

第二步：降前架立柱。当支架前架需要前移时，由液压系统控制操纵阀完成前架4 根立柱收回100 ～200mm，如图5b）。

第三步：推前架。推前架时需要以后架为辅助支撑点，由液压系统控制操纵阀完成2 根推移千斤顶前推900mm，前架向前移动，如图5c）。

第四步：升前架立柱。液压系统控制前架4 根立柱上升，使顶梁与顶板充分接触，如图5d）。

第五步：降后架立柱。由液压系统控制操纵阀完成后架4 根立柱收回并脱离顶板100 ～200mm，如图5e）。

第六步：拉后架。后架前移需要以前架为辅助支撑点，由液压系统控制操纵阀完成2 根推移千斤顶收回900mm，如图5f）。

第七部：升后架立柱。液压系统控制操纵阀完成后架4 根立柱上升，到顶梁与顶板充分接顶，达到初撑力阶段。如图5a）。通过以上7 步，支架完成了一个工作循环。

5 结语

吸能防冲巷道超前支架防冲主要体现在高强度、高支护、刚性防冲以及缓冲吸能让位两个方面。加强支护，提高支护强度，可以大幅度减少巷道冲击载荷作用下围岩的位移以及抵御常规开采造成围岩扰动所产生的静载荷下支架结构件不受破坏。用于冲击地压发生时，预折裂构件吸能装置的塑形变形和多级不同流量的安全阀起到吸能缓冲作用，实现快速让压、让位作用，防止巷道冲击封闭变形。

该架型在彬长集团胡家河矿业有限公司401106 工作面，支护效果良好，有效地防止了巷道的底臌、冒顶、片帮等问题，有效地提高了巷道支护的可靠性、安全性。目前在周边矿井孟村矿也进行了推广使用，为具有冲击地压矿井两巷道超前支护设备的应用推广提供了借鉴意义，为煤矿开采提供了安全的作业环境。