自移式超前支护液压支架的研制与应用

综采工作面超前液压支架的研制与实施禹明哲【期刊名称】《《中州煤炭》》【年(卷),期】2019(041)009【总页数】4页(P141-144)【关键词】煤矿; 超前支护; 工艺; 支架; 改制【作者】禹明哲【作者单位】鹤壁煤业(集团)有限责任公司河南鹤壁458000【正文语种】中文【中图分类】TD355.40 引言鹤壁矿区矿井因受井型及地质条件限制，不能在综采工作面推广使用大型端头和超前支护液压支架，目前上下端头普遍采用“单体柱+Π型梁”的超前支护方式，但存在支护强度低、质量差、职工劳动强度大的问题。

为此，鹤煤公司利用淘汰的ZH2000/17/25F型悬移支架和ZF2800/16/24型放顶煤液压支架[1]，改制了简易的工作面端头及两巷超前支护液压支架，应用于采煤工作面上下端头，大幅提高了支护强度，且操作简便，极大程度上减少了单体柱的搬移次数，减轻了劳动强度[2-5]。

1 改造目标及设计思路1.1 改造目标鹤煤公司利用ZH2000/17/25F型悬移支架和ZF2800/16/24型放顶煤液压支架改制新超前液压支架，实现1.8～2.5 m的支护高度，用来代替部分单体立柱，节约制造新支架的成本，提高工作面的支护强度，保障作业安全。

1.2 设计思路(1)选用ZH2000/17/25F型悬移支架的顶，改造为超前支架的顶梁和底座。

(2)选用ZF2800/16/24型液压支架的立柱作为超前支架的立柱。

(3)选用ZF2800/16/24型液压支架的伸缩梁千斤顶和插板千斤顶作为超前支架的横拉千斤顶。

(4)选用ZF2800/16/24型液压支架的拉后溜千斤顶作为超前支架的推移千斤顶。

(5)超前支架整体支护高度达到1.8～2.5 m。

2 实施方案2.1 顶梁、底座的选择和改造选用悬移支架分体顶梁作为超前支架的顶梁和底座，规格尺寸为2 500 mm×420 mm×282 mm，顶梁和底座焊接顶梁、底座柱窝，并分别割孔，安装横拉和推移千斤顶的耳座、转轴。

ZT2×3200/18/35型超前支护液压支架的应用摘要：ZT2×3200/18/35型超前支护液压支架的应用，是分公司引进的先进设备。

该设备在支护方式上，从支护能力、支护速度、支护高度、自动化程度、可操作性、安全性等方面有很大的优越性。

具有推广使用价值，为安全高效工作面生产提供了安全快速保证。

关键词：综采工作面超前支护超前支护液压支架实际应用一、前言兴安矿综采二队开采的三水平北21层一区三段煤层，该煤层从整体上看，整体走向N10°～25°E，倾向SE，煤层倾角较稳定，一般在13°～19°间，平均倾角17°。

21层顶板为灰色粉砂岩，较坚硬。

为了合理回采该煤层，决定采用分层开采工艺进行回采。

为了保证安全生产，该工作面选用了先进的设备。

配套大吨位、大功率新型设备，其中ZT2×3200/18/35型超前支护液压支架为分公司综采工作面首次使用。

二、传统工作面支护方式综采工作面上下两巷超前支护是采煤过程中的一个重要环节。

采用传统的超前支护是主要以3.5m大单体液压支柱配合铰接顶梁进行支护。

局部顶板超高处必须架设小型木垛进行加强支护。

大单体液压支柱必须有两个人以上才能操作进行支护，另外两人搭高配合顶板铰接梁支护。

这些即增加了劳动强度，又不利于安全生产。

这样传统超前支护方式有很大的潜在的危险性，还具有一定的局限性：1、支护强度低随着开采深度的增加，工作面承受的顶板压力越来越大。

且受顶板压力大，底板硬度小等因素影响，单体支护强度在超前处不能满足支护要求。

单体液压支柱的超前支护满足不了采场动压和冲击地压的影响，对安全极为不利。

2、支护速度慢由于采用大断面，单体需要3.5m大单体液压支柱配合使用。

先用圆木配合单体液压支柱架设梯形棚，再在梯形棚下打两排和四排铰接梁抬棚。

并且巷道超高处配合木垛支护，支护需要搭高多人进行支护。

支撤单体支柱速度很难提高，制约了工作面推进速度。

自移式超前支架1 自移式超前支架的结构特点自移式超前支架安放在轨道顺槽内，与安放在该处的端头支架排成一列，在轨道顺槽内按图1.1 进行布置，两者结合动作。

图.1 描述的是一座自移式超前支架的（副）架结构。

图1 自移式超前支架1．顶梁2.立柱3.底座4.前后连杆5.挑梁千斤顶6.尾梁分析图.1，得出自移式超前支架具有以下几个方面的特点：采用主、副架结构，主（副）架的顶梁之间、底座之间采用铰接结构，增强了对顶、底板不平整的适用性；主、副架顶梁之间、底座之间设有调架千斤顶；支架的前移靠推拉千斤顶实现；主（副）架有四根立柱支撑；主、副架中心距范围为1300mm~1500mm；主（副）架后部顶梁设有尾梁，可支护架间顶板；主（副）架中间设有四连杆，有底座、前后连杆和顶梁组成的四连杆机构保证顶梁不出现“前仰后爬”的现象。

说明：由于自移式超前支架的主、副架结构完全相同，承受载荷也相同，因此本课题在研究支架零部件的建模、装配、加载分析时是以自移式超前支架的主（副）架为研究对象，但在研究自移式超前支架的液压控制系统、动作原理时是以整个自移式超前支架为研究对象。

2 自移式超前支架的承载原理自移式超前支架承载过程是指自移式超前支架与顶板之间相互力学作用的过程。

它包括初撑阶段、承载增阻阶段和恒阻阶段。

1．初撑阶段在升架过程中，当自移式超前支架的主、副顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到乳化液泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀立即关闭，这一过程为自移式超前支架对顶板的初撑阶段。

此时自移式超前支架对顶板的支撑力为初撑力，其表达式为：式中：—自移式超前支架的立柱缸径；D—自移式超前支架的立柱数量，n=8；np＝31.5Mpa。

—乳化液泵站的工作压力，b2．承载增阻阶段自移式超前支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱的下腔液体压力逐渐升高，自移式超前支架对顶板的支撑力也越来越大，呈现增阻阶段，这一过程为自移式超前支架的承载增阻阶段。

超前支护式液压支架的运用研究串草圪旦煤矿位于鄂尔多斯市准格尔旗西南部，主采煤层为6#煤层，煤层厚度为12～15m，沿底掘进，巷道采用锚网支护矩形断面，走向长壁综采放顶煤开采。

该矿6203、6204、6206、6207和6106、6107六个综放工作面上下出口支护形式基本上采用单体液压支柱配合金属铰接顶梁做为超前支护。

单体液压支柱配合金属铰接顶梁超前支护操作工序繁琐，员工劳动强度大，支护安全系数不高，有时候会由于超前条件困难，严重影响工作面的快速推进。

2014年6月，该矿在南部采区6104工作面首次安装超前支护式液压支架，用于工作面上下出口20m范围的超前支护。

该工作面投产以来，取得了良好的效果，实现了安全高效回采，最高日产15000吨，创出了该矿建矿投产以来综放工作面开采的最好水平。

1 工作面概况6104工作面位于矿井南翼一水平6煤层，双枣沟向斜南翼，煤层宽缓，褶曲发育。

工作面标高897.4～951.9m，与地表最近距离为98m。

该工作面走向2100m，倾斜长150m，煤厚12.8m，煤层倾角平均5°。

煤层抗压强度6.9MPa。

中等稳定顶板，周期来压步距为10～15m。

上下顺槽采用锚网支护，矩形断面5.0m×3.7m。

采用走向长壁综合机械化采煤法，放顶煤回采工艺开采。

2 工作面液压支架配置本工作面配置80架ZF13000/22/42型基本支架、7架ZFG13000/24/40型过渡支架，共87架液压支架，对工作面顶板实行支护管理。

工作面上出口配置一组ZT27600/24/40超前支架，其初撑力23280kN（31.5MPa）、工作阻力27600kN （37.35MPa）。

工作面下出口配置一组ZFT27200/24/40端头支架，其初撑力20264kN（31.5MPa）、工作阻力27200kN（42.27MPa）。

紧靠端头支架往外配置一组ZT18400/24/40超前支架，其初撑力15520kN（31.5MPa）、工作阻力18400kN （37.35MPa）。

煤巷掘进气动液压自移支护支架研究与应用摘要：煤矿井下煤巷掘进一般采用掘进机施工，掘进机切割后碛头顶板采用前探梁+木板进行临时支护。

为改变煤巷掘进碛头顶板临时支护时间长、人员多、支护强度低、安全风险大等现状，通过设计横式超前自移支架代替传统使用的前探梁+木板临时支护方式，配备气动注液泵向自移支架供液，控制支架前移和升降，掘进临时支护效率及掘进单进水平得到大幅提高。

关键词：煤巷掘进；气动注液泵；自移支架0引言当前矿井煤巷使用的前探梁+木板作为临时支护，存在临时支护时间长，效率低，影响掘进进尺的提高。

通过使用横式超前自移支架代替传统使用的前探梁+木板临时支护，安设移动方便的气动注液泵供液，达到煤巷掘进快速高效、安全可靠。

煤巷掘进工作面采用综掘机截割，皮带机出煤，掘进工作面每截割一个循环，将掘进机后退一定距离，启动乳化泵，操作组合操作阀控制横式超前自移支架前移至碛头位置，预先铺设并连接好钢筋网，再抬升支架顶梁将钢筋网紧贴顶板。

通过气动注液泵供液，超前自移支架自动推移和抬升，实现煤巷掘进顶板临时支护自动化、智能化。

1工程概况1.1工作面顶底板情况煤巷综掘工作面煤层走向北偏东，倾向北西，倾角3°～7°，平均5°,厚度介于1.0m～3.86m，平均1.8m。

煤层顶板主要为基本顶、直接顶、伪顶三大类。

其中基本顶为中厚层状粉晶灰岩（f=10～12），平均厚度20.48m；直接顶为砂质泥岩及薄层砂岩，f=6～8，平均厚16.28m；伪顶岩性为碳质泥岩，f=4～6，厚度为0m～0.5m。

煤层底板分为直接底、基本底两大类，其中直接底泥岩、砂质泥岩、砂岩，f=6～8，厚度约为3.71m；基本底岩性为铝质泥岩，f=6～8，厚度约为2.29m。

1.2断面及支护参数巷道断面形状为异性断面，全煤巷或半煤巷，巷道掘进断面13.5㎡，掘高2.7m，掘宽5.0m，净断面12.48㎡，净高2.6m，净宽4.8m。

综采工作面超前支护液压支架的应用及优化摘要：随着矿井开采深度的增加，许多工作面顺槽在掘进过程中受原岩应力及沿空巷道影响就已经出现了很大的变形，在综采工作面回采过程中两巷外出口段受超前应力影响变形越来越剧烈，尤其是当巷道顶板岩性结构差，或者遇到断层异常区造成顶板破碎的时候，两巷出口顶板下沉明显，造成进出口断面变小等异常情况。

现有的两巷超前单体支护已不能在安全和高效上满足生产需要。

为此，我们针对现场实际，提出了优化措施。

关键词：超前支护；液压支架；实践；优化超前支护液压支架在综采工作面为安生生产起到举足轻重的作用。

我国自1973年开始大规模引进德国、英国等国家的综采设备，经历了消化、吸收和改进提高的过程，已形成了较完善的设计、制造和科研体系。

随着液压支架国产化进程的发展和我国高端液压支架需求量的不断增加，我国液压支架技术进入高速发展阶段。

我国液压支架的设计和制造水平逐渐接近国际先进水平。

1超前液压支架的用途及功能超前液压支架为左、右两架成一组使用，两架之间顶梁间由防倒千斤顶连接，每一架由前后两节组成，前节的顶梁后部与后节的中间梁相连，前节的底座后部与后节的底座前部通过连接头、移架千斤顶相连，前后节互为依托，达到移架的目的。

该支架不但具有足够的支护强度和较好的受力点，而且能保证设备布置和行人所需的空间。

2超前液压支架的工作原理支架的动力是来自泵站的高压乳化液，经由主进液管路送到工作面，并与每架支架的进液平面截止阀相连，通过过滤器然后导入支架，再通过电液控制阀分配到各液压缸，以完成支架所需要的各项动作。

从支架流回的低压乳化液通过操纵阀组与回液平面截止阀由主回液管路流回泵站乳化液箱供循环使用。

3概述随着矿井开采深度的增加，尤其是当巷道顶板岩性结构差，或者遇到断层异常区造成顶板破碎的时候，两巷出口顶板下沉明显，造成进出口断面变小等异常情况。

现有的两巷超前单体支护已不能在安全和高效上满足生产需要。

在这种情况下，我矿1312（1）使用的机械化和自动化程度更高的ZQL2×3200/19/38型巷道超前支护液压支架，很好的解决了这一难题。

第４２卷第９期能　源　与　环　保Ｖｏｌ ４２　Ｎｏ ９ ２０２０年９月ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｅｐ．　２０２０　檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧殧殧殧开采与运输收稿日期：２０２０－０５－０６；责任编辑：刘欢欢 ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０２０．０９．０４３基金项目：河南能源化工集团２０１８年科技项目计划（２０１８７３ ＪＤ１８）作者简介：任永强（１９７９—），男，河南郑州人，高级工程师，硕士，２０１８年毕业于中国矿业大学，现从事煤矿机电技术管理及智慧矿山建设工作。

引用格式：任永强，奂光润．综采面自移单元式巷道液压支架超前支护的研究与应用［Ｊ］．能源与环保，２０２０，４２（９）：１９２ １９５，２１６．ＲｅｎＹｏｎｇｑｉａｎｇ，ＨｕａｎＧｕａｎｇｒｕｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｉｎａｄｖａｎｃｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｍｏｖｉｎｇｕｎｉｔｒｏａｄｗａｙｉｎｆｕｌｌ ｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４２（９）：１９２ １９５，２１６．综采面自移单元式巷道液压支架超前支护的研究与应用任永强１，奂光润２（１．河南能源化工集团有限公司，河南郑州　４５００００；２．河南能源化工集团永煤公司陈四楼煤矿，河南永城　４７６６００）摘要：针对综采工作面传统的超前支架迈步前移时对顶板的反复支撑破坏问题，采用自移单元式巷道超前支护液压支架提前进行支护，主要对超前支架支护形式、支架承载原理及工序衔接关系进行技术研究，通过支架的操作台控制超前支架升降，实现了超前支架对顶板的有效支撑，同时支架前移利用单轨吊起吊进行前移，具有移动快速、安全稳定特点，突破了综采工作面快速推进的瓶颈，助推了矿井安全高效生产。

图1 巷道断面图
图2 防冲超前支架巷道布置图
（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，
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，大，可以大幅度减少运输巷、
在冲击载荷作用下的巷道收敛变形，支护强度不小于
138中国设备工程 2023.12（下）
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
根推移千斤顶前推
a）支架支护 b）降前架立柱
c）前架前移 d）升前架立柱
e）降后架立柱 f）后架前移
图5
5 结语
吸能防冲巷道超前支架防冲主要体现在高强度、高。

综采面自移单元式巷道液压支架超前支护应用研究摘要：针对我国综采工作面实际情况来看，传统的超前支架迁移操作可能会对顶板造成破坏问题，鉴于此所造成的影响较大，所以需要得到优化。

在此过程中还需对自移单元式巷道超前支护液压支架进行支护，才可优化前期操作，此过程需要对支架的形式和支架承载能力原理作出分析，最终对技术方面进行研究，以此分析出支架操作台的前支架升降需求，最终实现前支架对顶板的支撑要求。

支架迁移工作可以有效利用轨道进行操作，此过程可以对移动速度和安全进行控制，因此自身具有一定特点，所以被广泛应用在综采工作面的推进工作之中，此过程也解决了传统操作中的瓶颈问题，最终推进了矿井的安全生产操作。

关键词：综采面；自移单元式巷道液压支架；超前支护；应用引言：在煤矿井下综采面工作中，两端需要进行支护操作，才可保证开采工作的安全性。

一般情况下综采面工作整体流程操作机械化水平较为薄弱，但是随着自动化开采技术的不断推进，我国矿井生产能力在不断提升，但是此过程对于我国综采面支护的安全提出了更高要求。

在综采工作过程中顶板很容易破碎，此时周围的岩石均属于不稳定的状态，因此整体在回采过程中影响范围对于支护的压力较大。

针对当前煤矿综采工作而言，传统的工作方式在移动过程中会对顶板支撑造成影响，因此巷道的压力在随之增加，此时相关施工人员为了解决施工过程中出现的各类问题需要使用支架，以此解决各类问题，促使使用效果提升。

1.自移式超前支护液压支架结构及工作原理自移式超前支护液压支架由以下几个部分组成单架、推移油缸、阀组、胶管、横联油缸等，具体如图1所示。

在图中我们可以看出整体参数具体内容如下：首先每组支架都需保持相互独立并且左右两个支架还需保持连接的状态，此过程更加便于后续运输和维护操作，也方便了整体安装工作。

其次，为了确保支架安装的稳定性，支架需要派遣四个连杆机构，确保支架在工作过程中可以减少侧倒情况。

再次在实际施工过程中如果施工巷道顶板情况不达标，超前支护液压支架需要连接多个支架进行操作，结合实际需求可以适当进行延长，此过程需要保证稳固性，才可优化各方面操作。