超前液压支架利弊说明

1232021年第4期陈有力等：超前支护液压支架非等强支护技术及自动控制装置研究超前支护液压支架非等强支护技术及自动控制装置研究陈有力 张子明 王海彬（辽宁通用重型机械股份有限公司，辽宁 调兵山 112700）摘 要 煤矿运顺和回顺巷道采用锚杆锚索或金属棚支护，超前支护液压支架在推进过程中对顶板反复支撑作用，使巷道顶板结构受到破坏，引起顶板破碎，不利于巷道顶板管理和煤矿安全生产。

根据巷道顶板条件和压力分布情况控制超前支护液压支架的初撑力，在巷道不同的相对位置实现非等强支护，而支架的工作阻力和其他功能不受影响，最大限度保证巷道顶板完整，实现对巷道顶板的安全科学管理。

关键词 超前支护液压支架；非等强支护技术；自动控制装置中图分类号 TD355+.4 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2021.04.044Research on Non Equal Strength Support Technology and Automatic Control Device ofHydraulic Support in Advance Support Chen Youli Zhang Ziming Wang Haibin(Liaoning General Heavy Machinery Co., Ltd., Liaoning Diaobingshan 112700)Abstract : Bolt and cable or metal shed are used to support the roadways in coal mine transportation gateway and return air gateway. The advance support hydraulic support repeatedly supports the roof in the process of advancing, which destroys the roof structure and causes the roof to be broken, which is not conducive to the roof management and coal mine safety production. According to the roadway roof conditions and pressure distribution, the initial support force of advance support hydraulic support is controlled, and the unequal strength support is realized at different relative positions of the roadway, while the working resistance and other functions of the support are not affected, so as to ensure the integrity of the roadway roof to the maximum extent and realize the safety and scientific management of the roadway roof.Key words : advance support hydraulic support; unequal strength support technology; automatic control device收稿日期2020-11-16作者简介 陈有力（1973—），男，2010年毕业于辽宁工程技术大学电气工程及其自动化专业，本科，工程师，现为辽宁通用重型机械股份有限公司总经理。

工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald831 地质条件简介新巨龙公司1303N综放工作面倾斜长度261.3m，走向长度2150m，煤层平均厚度8.6m，最大采高4.0m，煤层倾角4°～7°，煤质硬度f1.44～f1.74，视密度1289-1298 k g /m 3，煤质硬度f＝0.3，顶底板岩性为粉砂岩，硬度为f 3，矿井水PH＝8.5，硫酸根离子浓度为2772-3660m g /L，属超强腐蚀性水质，环境温度35℃，环境空气湿度96%，运煤方向为上运，属左掌子工作面。

2 液压支架选型设计2.1 液压支架的选型巷道超前支护液压支架与工作面液压支架有着本质的区别，主要表现在巷道超前支护液压支架应具有：稳定性好；在距煤壁2～5m为支撑载荷的峰值，在此范围内应该有更高的支护强度；对顶板围岩的适应性好；具有自动行走功能。

巷道超前支护方式的支护强度加上原巷道支护形式在回采期间对巷道的残余强度必须大于巷道回采期间围岩对巷道的顶压，确保巷道顶板的稳定。

在老顶给定变形工作状态下，巷内基本支架应当控制住顶煤及直接顶，并与老顶贴紧，因此，支护强度至少应当平衡顶煤及直接顶岩重。

综上所述，结合1303N综放工作面地质条件，确定将新巨龙公司1303N 工作面选用Z Q4000/20.6/45单元型巷道超前支架（如图1）。

2.2 液压支架的设计在液压支架设计方面采用先进的计算机设计手段，在支架制造前完成设计计算—— 设计绘图—— 设计验证等一系列的工作，保证支架设计的合理性和性能的可靠性。

(1)设计计算：运用我公司成熟的支架参数设计软件，对支架的各项性能参数进行优化选取，以达到最佳的运动参数和力学参数，并对危险断面进行安全系数校核。

(2)设计绘图：完全运用三维软件Sol idworks 进行设计出图，在计算机上对支架进行运动仿真和干涉检查，指导设计及时改进支架结构。

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）。

综采工作面超前支护段采用超前支架支护与传统架棚支护对比分析综采工作面材巷超前支护段采用架棚支护与超前支架支护成本的分析说明综采工作面材巷为二次复用巷道，受相邻工作面采动影响较大，导致材巷顶板管理困难，特别是超前支护段的顶板管理工作直接影响着端头支护与工作面的正常运转。

故我矿将以往超前支护段的倾向棚变更为超前支架，通过超前支架充足的的支撑力和大面积的支撑范围以及自身可靠的稳定性来进一步夯实超前支护段的顶板安全，但是经过近两年时间的使用与从经营角度的思考我们发现超前支架的使用虽然从一定程度上满足了安全生产的需要，同时也给我矿综采面的正常生产与精细化经营管理带来了诸多弊端，下面就超前支护段采用架棚支护与使用超前支架支护进行比较，以现回采的33407工作面为例，总回采长度按1500米考虑进行详细说明：（一）从安全角度比较超前支架其充足的的支撑力（初撑力为MPa）和大面积的支撑范围以及自身可靠的稳定性能是单体液压支柱(初撑力为7.7 MPa)与π梁组成的棚设支护无法比拟的，但正因为其充足的的支撑力和大面积的支撑范围,导致材巷顶板在经过多次反复（一般超前支护段安设6组支架逐步移动）支撑后破碎离层，有时甚至出现局部冒顶现象，同时因超前支架自身体积较大（折合为影响巷道断面积为2㎡），加之顶板破碎时下沉以及巷道变形等因素非常容易造成巷道有效断面积减小量较大，引起风速超限等安全隐患；同时其较大的支撑覆盖面积在支撑过程中造成所有顶部锚索外漏部分严重变形，导致锚索托盘无法回收复用引起材巷老空区悬顶面积过大，形成了材料的浪费与重大顶板安全隐患；与之相比架棚支护如果严格按照设计要求架设，支撑力度基本上可以满足顶板管理需要，且架棚支护相对于支架支护通风空间较大，因巷道变形导致有效断面积减小造成的风速超限问题较不易发生。

同时与使用超前支架比较架棚支护对于顶部的锚索托盘大部分可以回收复用，并且通过调整锚索托盘的回收率可以达到调节材巷老空区悬顶面积的大小，有利于材巷老空区顶板管理工作的进行而且降低了材料费用的投入。

简要说明传统的综合机械化采煤工作面两顺槽超前支护主要以单体液压支柱配合梁体进行联合支护，但是这种超前支护的局限性表现为支护强度低、支护速度慢、劳动强度大、成本高、安全性差等特点。

采用超前支架代替传统超前支护能满足采煤工作面超前支护距离、支护强度及安全间隙，并且使用快捷方便，安全通道顺畅、通风断面大，有利于工作面快速推进。

采用该超前支架，大大缩短了端头支护时间，提高了设备开机率，突破限制综采设备发挥最大效率的瓶颈，解决了多年来端头巷道支护的老大难问题。

超前支护支架技术参数支架型式：超前支护液压支架CZY12000/28/62高度（最低/最高）： 2800/6200mm宽度： 3600mm支护长度： 6000mm初撑力（P=31.5MPa）： 7917kN工作阻力（P=35.7MPa）： 12000kN底板比压（平均）： 1.9MPa支护强度： 0.22-0.34MPa泵站压力： 31.5Mpa立柱(2个)型式双伸缩式缸径(mm) φ400／φ290推移千斤顶(2个)行程(mm) 950缸径／杆径(mm) φ200／φ140解说词顺槽超前支护支架组主要解决采煤工作面超前支护的技术难题，超前支架组，是由四架超前支护支架及支架之间的连接件组成。

超前支护支架替代了传统的单体液压支柱和联合木梁的超前支护方式，实现了采煤工作面超前支护的机械化。

支架左右铰接采用万向节的形式，具有较强的顶底板适应能力和同时支架组有及时支护能力，移架阻力较小。

在保证左右架间顶板支护的前提下，左右架间具有较大的可调节范围。

该项目在自动化作业、安全性和生产效率方面都有重要提高。

演示方案支架组各构件按图纸装配齐全。

伸缩、底侧推千斤为收回状态。

第一、二架推移为伸出状态。

事先要求进行预动作，保证动作正确，无串漏液情况。

管路整齐无干涉。

泵站压力31.5MPa。

单架动作：支架升降800mm 升缩插板、升缩护帮。

拉架动作：第一组支架收护帮，降架200~400mm，推移千斤收回一个步距，升架，展开护帮。

浅论综采工作面顺槽使用液压之架和液压单体进行超前支护的优劣苏村煤矿生产科郭飞飞随着综采面机械化程度和单产的快速提高，通风、运输和开采工艺对两道断面尺寸要求越来越大，传统的工作面超前支护方式从支护能力、支护高度、支护速度、自动化程度、可操作性、安全性等方面都有些不能适应安全高效综采工作面对超前支护的要求，两道超前支护已经开始显现为制约工作面高产高效的瓶颈。

我们国内传统的采煤工作面两顺槽超前支护主要以单体液压支柱配合金属铰接顶梁进行支护,根据巷道断面及顶板压力情况确定支护参数,以确保安全出口的畅通。

但是在特殊地质条件和临面开采时,单体液压支柱配合铰接顶梁、π型钢梁等进行超前支护具有局限性: (1)支护强度低。

对于顶板压力较大的煤层,达不到支护强度,易造成工作面安全出口处顶板下沉,单体支柱钻底多,回撤困难,特别是工作面后部密集切顶处尤其如此,既增加了劳动强度,又不利于安全生产。

(2)支护速度慢。

由于单体液压支柱、顶梁支设及回撤速度难以大幅度提高,制约了工作面的推进速度,难以实现高产高效。

(3)劳动强度大。

由于支设回撤单体支柱及顶梁频繁,并且全部采用人力,造成工作面回采使用人员多,劳动强度大。

(4)成本高,安全性差。

因顶板压力大或操作等原因,支柱、顶梁、柱鞋的损坏量较大,增加成本支出,并且工序复杂,人工操作多,造成事故的概率较大。

我个人通过对国内各大矿井在使用新型超前支架方面的现阶段情况进行初步了解后,发现使用新型超前支架后工作面顺槽在采动引起的超前支承压力影响作用下,其围岩变形量很小,巷道处于稳定状态，基本可以保证工作面超前顺槽的安全。

同时我得出以下几点看法：一、使用液压支架超前支护的优点：(1)机械化超前支架代替了传统的单体液压支柱和金属铰接顶梁、π型钢梁等的超前支护方式,实现了采煤工作面超前支护的机械化和自动化,是采煤工作面超前支护形式的一次创新和革命。

(2)超前支架采用手动操作前后架交替自移,实现机械化、自动化超前支护。

超前液压支架一、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。

二、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。

三、超前液压支架的结构组成：超前液压支架主要由结构件、液压系统和防倒、防滑、调架及抬底座装置三大部分组成。

1.主要结构件有：伸缩梁、护帮板、顶梁、掩护梁、底座、前、后连杆、推杆及侧护板等。

2.液压控制系统除了立柱、各种千斤顶外，还包括各种液压控制元件（操纵阀组、安全阀、液控单向阀等）和液压辅助元件（管接头件、胶管等）。

3.防倒、防滑、调架及抬底座装置包括顶梁、掩护梁的左右侧护板及各自的侧推千斤顶、弹簧套筒等，也包括各防倒、防滑缸的连接耳座及调架缸、抬底座缸与连接件等。

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四、超前液压支架在安装或者使用时注意事项：1、操作者必须经过培训，熟悉支架的性能、结构及各元件的性能、作用，熟练准确的按操作规程进行各种操作。

2、支架在安装完毕后，在通液前应对主进主回油路进行通液清洗，确保液压系统中无杂物。