“第三十七届科技论文交流会”三等奖论文1

43t 重型液压支架安装技术的研究与应用    

小康矿 ? 王吉凯? 史建军

摘要: 针对小康矿S2S1综放面首次安装43t重型液压支架,副井罐笼尺寸及沿线设备运输能力等不能满足液压支架整体运输及安装的问题。通过采取开设分序组装硐室、设备分序组装交叉作业、根据地质条件改进大断面软岩开切眼支护形式,安装速度及效率得到有效提升、安装空间满足要求,解决了重型液压支架井下运输、组装、安装等难题。  

关键词: 重型支架? 分序组装? 切眼支护  

1 引言  

小康矿 S2S1 综放面开切眼设计长度 225m ,使用的是工阻 15000kN 、重 43t 液压支架:宽 1.75m ,长 8.8m ,高 3.2m 。小康矿副井罐笼尺寸:宽 1.5m ,长 4.5m ,高 2.6m 、沿线南翼绞车运输能力 21t ,均不能满足整体运输液压支架要求;若按照以往 1 个组装硐室设计,进行安装,每小班只能安装 1 组,劳动效率低、安全隐患大。为此,小康矿对组装硐室及开切眼设计、液压支架运输及组装的问题进行认真分析、现场调研,提出设计 3 个组装硐室、分序、交叉组装液压支架。该项技术比较 1 个组装硐室进行安装,提前工期 27d ,大大提升了安装速度。针对开切眼复杂地质条件,通过支护形式改进,达到 开切眼支护条件安全稳定,断面满足安装要求,解决了软岩大断面开切眼支护难题。    

2 安装流程  

S2S1 工作面共安装液压支架 133 组,其中包括 ZTZ41810/23/35 型端头液压支架 2 组、 ZFG15000/26/35H 型过渡液压支架 7 组、 ZF15000/19/32 中间液压支架 124 组(占安装液压支架总数的 93% )。中间液压支架各部件技术参数尺寸见表 1 。中间液压支架安装流程及各组装硐室功能详见图 1    

1 ZF15000/19/32液压支架部件技术参数    

名称    

重量 t  

长×宽×高 mm  

   

前梁组体    

3.7  

1700 × 1640 × 520  

需侧立装车    

顶梁组体    

10.5  

4190 × 1660 × 750  

需侧立装车    

尾梁组体    

2.7( 2 尾梁缸 )  

1497 × 1610 × 570  

需侧立装车    

掩护梁    

9.4 (含前、后连杆)    

2102 × 1660 × 1000  

需侧立装车    

底座组体    

11.5 (不含立柱)    

3720 × 1570 × 1080  

需侧立装车    

立柱( 4 个)    

4.3t  

     

     

支架总重量    

43t  

                                                                                   

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 ? ? 1 液压支架安装流程图  

3 分序组装  

3.1 组装硐室    

小康煤矿副井罐笼净宽 1.5m ,而 S2S1 综放面所安装的 ZF15000/19/32H 液压支架顶梁宽度 1.66m ,底座宽度 1.57m ,尾梁宽度 1.61m ,前梁宽度 1.69m ,副井罐笼宽度不能满足要求, 液压支架地面分解后底座( 1 车)、顶梁( 1 车)、前梁( 1 车)、掩护梁尾梁( 1 车)均需侧立装车设计组装硐室 的功能是 :把侧立装车下井部件翻转后,将 4 个立柱安装到底座上,经南翼绞车道运至回顺材料平巷的组装硐室 组装硐室 位于井底车场西侧附近的西翼轨道大巷。液压支架底座安设 4 个立柱前、后,见图 2 经计算,南翼 JKB2.5×1.8 绞车额定运输载荷 21t ,南翼绞车道运输时,底座主体车 17.9t 、掩护梁尾梁车 14.2t ,每次运一车;前梁车 5.4t 、顶梁车 12.2t 组合运输,南翼 JKB2.5×1.8 绞车额定运输载荷 21t ,满足运输能力要求。    

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2 组装硐室工序图  

3.2 组装硐室Ⅱ  

组装硐室 位于 S2S1 综放面回顺材料平巷,组装硐室Ⅱ的功能是:将组装硐室Ⅰ运来的液压支架底座车更换为 45t 平板车,然后使用起吊架将顶梁与底座(已安装好大柱)对接组装并划车。然后掩护梁及尾梁四连杆 1 车(在前)、底座顶梁 1 车(中间)、前梁护帮板 1 车(在后),共计 3 车, 49.8t ,由回顺无极绳绞车运至回顺组装硐室 见图 3 。经计算,回顺无极绳 SQ-120P 绞车额定运输 载荷 60.8t 大于 49.8t ,满足运输能力要求。    

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3 组装硐室工序图  

3.3 组装硐室Ⅲ  

组装硐室 及起吊架位置在 S2S1 回顺三角点。组装硐室 功能是:使用起吊架将液压支架掩护梁及尾梁安装到主体上后,再将前梁安装到主体上,至此液压支架组装完成,见图 4    

此次安装设计 3 个组装硐室,通过组装硐室Ⅰ、组装硐室 、组装硐室Ⅲ,将液压支架组装完成;然后由开切眼后三角点四角道上的运输叉车将支架运至安装位置就位。采用 3 个组装硐室安装液压支架,各个工序互不干扰,能够实现各工序同时进行,大大提高了液压支架安装速度和效率。  

               

 

4 组装硐室工序图  

4 开切眼支护改进    

S2S1 工作面开切眼是小康煤矿首次掘进跨度 9.5m 、掘断面 32.5m2 开切眼,掘进历时 2.5 个月( 4 14 ~6 30 日)。设计大断面 9.5m 跨度开切眼是为了满足重型液压支架及综采设备安装要求,但这对支护及掘进施工提出了更高要求。该工作面属于软岩 孤岛 工作面,并且切眼布置在构造带里,切眼运顺侧 95m 布置在无煤带中, 90 180m 布置在煤岩结合的压力集中区。针对该工程地质条件,小康矿将开切眼传统支护形式“锚杆 + 架棚 + 挂网 + 刹柈 0.3m + 锚索”改进为“锚杆、锚索 + 架棚 + 挂网 + 顶板刹柈 0.5m+ 锚索”见图 5    

                   

5 改进后开切眼支护断面图  

设计开切眼支护材料为:锚杆为 Φ22×2400mm 全螺纹钢等强锚杆,每孔 CK23120 药卷 1 支,锚杆间、排距为 800×600mm ,锚固力 100KN ,全断面布置。锚索为 Φ28.6×7300mm19 芯钢绞线,每孔 Z28120 药卷 1 支,锚索间、排距为 1600×1200mm ,预紧力 200KN 。混凝土喷厚 300mm ,强度为 C20 。重点施工要求如下:    

1 )开切眼棚子跨度大、应力集中,顶板稳定时间较短,如果锚索补强未及时跟进,围岩将很快松动变形。因此,开切眼施工时顶板每循环打 5 Φ21.8×5300mm 支护锚索,架棚后顶板打 4 Φ28.6×7300mm 锚索,巷帮及底脚打 2 Φ28.6×7300mm 锚索。设计锚索必须在每循环架棚后全部施工完成。    

? 2 )由于开切眼位于煤岩结合的压力集中区,巷道开挖成型后,要求立即对裸露的帮顶立即进行初喷,控制围岩暴露时间,提高围岩自身的承载能力,防止围岩暴露后风化、碎胀。要求初喷厚度不低于 0.05m 。复喷浆距离不得超过 15m ,复喷厚度 0.15m    

3 )切眼运顺侧 95m 布置在无煤带中及 90 180m 布置在煤岩结合的压力集中区,顶板设计刹柈厚度由原来的 0.3m ,增加到 0.5m ,通过加大巷道的超挖量,使得压力集中区棚子尽量均匀整体受力,缓冲棚子受压。    

5 经济效益分析  

此次采用 3 个组装硐室安装液压支架,从 2017 8 14 日开始安装到 8 28 日安装完毕,工期 14 天。比较传统的 1 个组装硐室设计,每小班多安装 2 组液压支架,提前安装工期 27d ,按人工费 267 /d 、出勤人数 95 /d 计算,创造经济效益: 267×27×95=68.5 万元。    

6 结论  

重型液压支架安装技术设计3个组装硐室,实现了井下液压支架翻转、运输、组装、安装工作的平行交叉作业,节约了组装时间,保证了安装速度。如果按照以往1个组装硐室的设计进行安装工作,每小班仅能安装1组液压支架。3个组装硐室的设计每小班安装液压支架3组,大大提高了安装速度。  

首次在软岩复合煤岩层中采用 9.5m 跨度开切眼,将以往滞后工作面施工护顶锚索改为工作面架棚前施工、顶板壁后刹柈厚度由原来的 0.3m 增加到 0.5m 。经现场应用,有效的控制了围岩变形,保证了大跨度开切眼支护稳定,为 43t 重型液压支架成功安装创造了有利空间条件。该安装技术在小康矿 S2S1 综放面的成功应用,取得了较好的效益,在同类条件矿井具有推广价值。    

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作者简介: 王吉凯 1979- ),男,工程师,硕士研究生。2011年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业,现在小康矿地测大队从事采矿、地质、测量工程设计及技术管理等工作。曾在各级刊物发表论文9篇。联系电话:15898046323    


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