郭利新

(晉能控股裝備制造集團(tuán) 煤炭技術(shù)裝備公司，山西 長治 046204)

以潞安化工集團(tuán)高河能源為例，“三下”壓煤十分嚴(yán)重，井田內(nèi)壓煤村莊38座，中部坐落有長子縣宋村工業(yè)園，S326省道、太焦鐵路和本礦鐵路專用線橫穿井田，全礦“三下”壓煤總量多達(dá)3.72億t，若不能有效解決“三下”壓煤開采問題，7年左右該礦就將面臨資源枯竭的困境。經(jīng)多次調(diào)研確定，選擇充填首試工作面在E1302村莊保護(hù)煤柱部分，煤層厚度平均6.7 m，面長230 m，推進(jìn)長度390 m。首試充填面設(shè)計利用該面現(xiàn)成的四條沿底板掘進(jìn)回采巷道，采用分層充填開采技術(shù)，先采頂分層再采底分層，采用高效充填支架和速凝技術(shù)，實現(xiàn)“采煤-充填”兩個班一個采充循環(huán)的高效采充模式，采用“四六”制作業(yè)，一天兩班采煤，兩班充填，充填步距1.6 m，日進(jìn)尺3.2 m，兩條回采巷道在頂分層充填開采時均沿空留巷，留著底分層充填工作面使用如圖1所示。

圖1 工作面布置

1 端頭液壓支架主要技術(shù)特征

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

支架型號：ZCT8500/22/40；支架高度：2 200～4 000 mm；支架寬度：2 080 mm；初撐力：7 752 kN(31.5 MPa)；工作阻力：8 500 kN(34.5 MPa);支護(hù)強(qiáng)度(按滑移梁面積計算)：3.13～3.43 MPa；對底板平均比壓：1.39～1.52 MPa；泵站壓力：31.5 MPa；采用本架手動控制操縱。

主要千斤頂規(guī)格：前后雙伸縮立柱：缸徑(一級/二級)D280/200 mm，桿徑(一級/二級)D260/185 mm；側(cè)伸千斤頂：D180 mm；推移千斤頂：D160 mm；滑移梁千斤頂：D100 mm；擺動千斤頂：D63 mm；隔離側(cè)推千斤頂：D80 mm；中隔離側(cè)推千斤頂：D80 mm；下隔離側(cè)推千斤頂：D80 mm。

1.2 主要結(jié)構(gòu)組成

該端頭液壓支架分前后兩部分，主要由頂梁、底座、隔離板、可調(diào)位橫梁、四連桿機(jī)構(gòu)、推移機(jī)構(gòu)、立柱和千斤頂、液壓系統(tǒng)等構(gòu)成如圖2所示。

圖2 端頭液壓支架結(jié)構(gòu)示意

2 端頭液壓支架基本特點(diǎn)

1) 隔離板為二級伸縮板組合式，與頂梁鉸接。

2) 與頂板接觸為可調(diào)位橫梁，通過調(diào)整橫梁位置，橫梁避開錨桿、錨索位置，達(dá)到保護(hù)巷道錨桿/錨索目的。

3) 設(shè)置折疊式水平千斤頂，保證抵抗膏體側(cè)壓力，又具有調(diào)架作用。

4) 頂梁對稱式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)都可掛隔離板，選擇不同側(cè)掛隔離板，能夠適應(yīng)不同推進(jìn)方向、上下端頭隔離需要。

5) 隔離板與充填支架隔離板為靠近式連接，適應(yīng)工作面上下出口，基本上下位置錯動。

6) 隔離板分前后體，相互支撐，通過本身推移機(jī)構(gòu)獨(dú)立前移。

3 端頭液壓支架工作方法

該端頭液壓支架設(shè)計目的：一是配合前面充填支架，讓充填區(qū)形成一個封閉空間，便于膏體充填；二是為保留已有巷道，有利于巷道再用，降低掘巷成本。

該端頭液壓支架由前后由兩大部分組成，與工作面設(shè)備不連接，實現(xiàn)獨(dú)立自移。

首先前部分由底座、頂梁、四連桿機(jī)構(gòu)及立柱組成一組支架，能單獨(dú)進(jìn)行升降。隔離充填部分工作方法：頂梁一側(cè)安裝上隔離，底座一側(cè)安裝下隔離，下隔離與上隔離之間通過中隔離千斤頂調(diào)節(jié)伸收，通過支架立柱升高撐頂和中隔離千斤頂伸出壓緊作用，并且在頂板和底板采用可以多次重復(fù)使用的、高強(qiáng)度人造纖維繩捆扎成“捆繩”連續(xù)柔性條進(jìn)行隔離，共同使其頂?shù)装迕荛]；再通過調(diào)節(jié)上隔離側(cè)推和下隔離側(cè)推，使其前后方向一側(cè)與充填支架接觸封閉，另一側(cè)與充填體接觸封閉；使其共同受力作用，形成一個密閉空間，確保膏體與速凝劑通過管道混合器混合后充入充填支架隔離的采空區(qū)，讓膏體快速凝固形成支撐結(jié)構(gòu)，支撐控制上覆巖層。

其次后部分由后底座、立柱及后立柱柱帽組成一個支撐機(jī)構(gòu)，起到支撐作用。

最后由前部分和后部分通過底座連接梁和推移千斤頂連接共同形成端頭液壓支架。自移留巷工作方法：先讓端頭液壓支架撐頂，使其隔離空間形成并進(jìn)行充填，膏體快速凝固后形成充填體；然后讓后部分繼續(xù)撐頂，前部分立柱降低離頂，通過作用推移千斤頂，推移伸出步距800 mm，使前部分向前移動一個步距；再把前部分立柱升高撐頂，把后部分立柱降低離頂，通過作用推移千斤頂，讓推移收回步距800 mm，帶動后部分向前移動一個步距，這樣形成一個循環(huán)運(yùn)動。往復(fù)交替動作，這樣就實現(xiàn)了自移。原來的巷道煤壁側(cè)由充填體代替，使其還是完整的巷道，便于下次再利用，節(jié)省了掘巷成本。

4 應(yīng)用效果

該端頭液壓支架配合充填支架在高河能源充填工作面取得了非常好的效果。主要表現(xiàn)在：待充填區(qū)有效、全過程支護(hù)；隔離不需要輔助臨時支護(hù)；隔離輔助工作量小，工人隔離不需要每架爬上爬下，工人勞動強(qiáng)度小；使用可重復(fù)使用的連續(xù)捆繩代替草苫，雙層布隔離，隔離輔助材料使用量少，減少了成本投入；主動支護(hù)待充填區(qū)，隔離速度快，實現(xiàn)高效隔離，取消隔離班。

5 結(jié) 語

通過高河能源首個充填開采工作面試驗，并獲得了的成功，技術(shù)成熟可靠，充填密實，地表“零”塌陷，經(jīng)濟(jì)效益比較顯著，能夠根本釋放“三下”壓煤資源，有效保護(hù)地表建構(gòu)筑物，解決矸石排放問題。該成功案例將對全國煤礦的綠色開采、可持續(xù)發(fā)展意義重大，應(yīng)全力加快推廣應(yīng)用。