综采放顶煤工作面端头支护解决方案放顶煤端头液压支架

放顶煤综采端头支护是较难解决的困难问题，特别是运输巷端头支护困难更大，因为运输端头处设备最集中，是过渡支架、工作面前后部刮板输送机传动部、移动变电站及液压泵站等多种设备的交汇处，各类设备的相互空间关系、配套位置尺寸很复杂，由于设备多，空间有限，又要考虑人行通道等，所以给下巷端头支架的设计带来很大困难。放顶煤工作面为了充分掩护端头配套设备，放顶煤端头支架架型较长，前、后设置两个纵向空间以放置前、后刮板输送机机头，顶梁和底座一般都由多节组成。因端头支架跨度大、支护面积大，故受力也大，增加了端头支架设计难度。

放顶煤工作面端头虽然占用面积不大，但端头区是巷道和工作面的交汇处，围岩在多种支承压力作用下，受采动影响最大，矿压显现复杂，无立柱支护空间大，所以端头既是顶板维护的重点，又是顶板管理的难点。目前在放煤工艺上，为保证端头的维护，一般上、下排头架不放煤，影响了全综放面的煤炭回收率，特别是对于短工作面，其损失更明显。设计适合于放顶煤工作面的端头支架就成为解决这些矛盾的重要途径。

天地科技股份有限公司开采设计事业部在调查研究和总结多年设计端头支架经验的基础上，研制开发了多种类型的放顶煤端头支架，这些端头支架的使用为放顶煤工作面端头的维护和提高回收率均起到了积极的作用。

一、放顶煤工作面上端头支护要求

放顶煤工作面上端头是指放顶煤工作面与回风巷的交汇处，具有以下特点：

放顶煤工作面上端头布置有刮板输送机机尾以及其它一些附属设备，端头支护必须有利于这些设备的安全运行以及综放工作面的正常推进；放顶煤工作面上端头一般是工作面通风的回风口，为保证工作面的安全生产，端头支护必须有足够的通风断面；放顶煤工作面上端头是工作面人员的进出通道，又是事故多发地段，端头支护必须牢固可靠，以保证行人的绝对安全；放顶煤工作面上端头是采煤机进刀打回头的地点，为减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率，端头支护必须有利于采煤机自开切口；端头处在放顶煤工作面边缘，由于顶板一侧煤柱支撑，有利于采空区呈三角形悬顶，面积较大，因此，在不采用沿空留巷时，端头支架应有较大的切顶能力。二、放顶煤工作面下端头支护要求

放顶煤工作面下端头是指工作面与运输巷的交汇处。和上端头相比，该区域布置设备更多，包括刮板输送机机头、转载机机尾等，因此，下端头支护除应满足上端头支护要求外，还有以下几个特点：

放顶煤工作面下端头设备复杂，体积庞大，要求端头支架不但要保证各种机电设备得到正常维护，而且有较大的无立柱空间，以保证此处设备的正常运转及顺利前移；端头支架不但要保证刮板输送机机头及自身的顺利前移，而且要保证转载机及破碎机前移，因而对端头支架的推移力及拉架力有更高的要求。总之，放顶煤工作面端头支架必须满足与放顶煤工作面回采巷道机电设备的配套性，支护面积大，无立柱空间大，有护巷及护帮能力，利于拆棚和替棚，系统运动灵活，推拉力满足要求，保证设备的正常运转及工作面的推进要求。

三、放顶煤端头支架的主要技术要求

放顶煤端头支架应具备适应放顶煤工作面地质条件、巷道尺寸、配套设备及方便使用的性能，主要技术要求包括以下几个方面。

1.配套性

放顶煤端头支架与刮板输送机机头的搭接关系如图11-1所示，纵向空间距离LA应满足下式要求：

LA≥Wb+Sd+200（mm）

式中：Wb--刮板输送机机头最大宽度(mm)；

Sd--移架步距(mm)。

放顶煤端头液压支架与刮板输送机的配套关系

1--放顶煤端头液压支架；

2--刮板输送机机头。

刮板输送机中心线与端头支架中心线垂直布置，刮板输送机机头在端头支架的纵向空间内纵向移动，刮板输送机机头向前移动是依靠过渡支架，端头支架放置机头的纵向空间应大于机头横向最大尺寸与步距之和。对于双输送机放顶煤端头支架，放置机头的两个纵向空间不但应满足此项要求，而且还必须满足前、后部刮板输送机中心线距离要求。

2.行人要求

工作面端头区是工作人员的交通要道，又是事故多发地段，因此，放顶煤端头支架必须有足够的行人空间，保证人员安全顺利通过，按《端头液压支架技术条件》要求，端头支架内最小通道宽度应大于500mm。

3.对巷道的适应能力

对于两架或三架一组的中置式放顶煤端头液压支架，整架均放置在巷道内，架体应有适应巷道尺寸变化的能力，才能充分发挥端头支架的作用。由于端头支架纵向长度较长，在拉架过程中很容易造成歪斜，使移架困难，为此，顶梁应设置数组调架装置，包括连接头、调架千斤顶等，必要时，底座上也应设置调架千斤顶。

4.放顶煤端头支架与转载机的配套性

对于中置式端头支架，转载机均放置在架体内，架体内放置转载机的槽宽应能适应所选型号的转载机宽度要求，连接转载机与端头支架的推移梁也应与所选型号的转载机配套。转载机是依靠端头支架所有推移千斤顶共同作用向前推进的，而端头支架的移动则是其中一架以另一架或另两架和转载机为支点向前移动，因此，对端头支架的推移机构，应能实现同步推进，交替拉架。

5.拉架力要求

端头支架的拉架力应能在各种条件下顺利拉架，特别是当工作面出现问题不能正常推进时，采煤机的冷却水、降尘水以及采空区的大量淋水都会积存在下端头处，加上老顶来压，端头支架会陷在煤泥中，工作条件逐渐恶化，拉架阻力会急剧增加，此时则需要较大的拉架力。推移千斤顶拉架力设计应按最恶劣条件考虑，一般不应小于端头支架架体总重的3倍。

6.推力要求

转载机的前移是依靠端头支架的推移千斤顶通过推移梁传递推动力的。端头支架推移千斤顶所克服的阻力包括：转载机与端头支架以及与可伸缩胶带输送机之间的摩擦力，推移梁受巷道底板的阻力以及其他一些附加力。一般情况下，端头支架推移机构的推力应大于1.3倍拉架力。

7.空间要求

双输送机放顶煤端头支架应设计两个纵向空间，以保证前、后输送机与转载机的搭接，并保护输送机机头。

8.液压系统要求

为避免管路系统损坏和保护行人安全，端头支架管路系统要布置整齐、美观，胶管长、短合适，特别是在放置刮板输送机、行人的地方，不使胶管挤压、堆积在一起。操纵阀的位置应能方便操作，方便观察回采工作面刮板输送机、转载机及前方巷道的状况。

四、放顶煤端头液压支架的作用

随着综采技术的发展和工作面推进速度的加快，端头支架的普及率也会越来越广，端头支架的作用也越来越大。放顶煤工作面端头支架的作用主要表现在以下几个方面：

维护巷道与工作面交叉口的顶板，保证足够的工作空间，保证工人生产安全及人行道的顺利畅通；为端头区刮板输送机和转载机的连接提供条件，保证运输设备的正常运转；可以自身移动，并为刮板输送机的机头、机尾及转载机的前移提供动力，保证放顶煤工作面正常推进；对于大倾角放顶煤工作面，端头支架与工作面支架紧靠，能防止工作面支架的倾倒；放顶煤工作面上、下端头均是采煤机进刀打回头的地方，端头支架为采煤机自开切口创造有利条件；随着放顶煤工作面的推进，工作面回风巷和运输巷的棚梁及棚腿要不断回收利用，采用端头支架为棚梁和棚腿的回收创造有利条件；使用端头支架提高了放顶煤工作面端头区的安全程度，减轻了工人的劳动强度，提高劳动效率，为工人创造了良好的工作环境。五、放顶煤端头液压支架的设计

放顶煤端头支架的结构件强度取决于端头支架的工作阻力。我们知道，工作面液压支架的工作阻力是根据工作面矿压显现规律来决定的，同样，端头支架的工作阻力也必须根据端头区矿压显现规律来确定。观测资料表明，端头区的顶板来压强度与中段顶板来压强度有密切的内在联系。

1.放顶煤工作面端头区矿压显现规律

为了研究放顶煤工作面矿压显现规律，国内不少科研人员对综采工作面的支架工作状态进行了观测，从而得出其沿工作面长度方向的分布规律，以及液压支架所需的支护强度。跟据矿压观测资料统计，沿工作面长度方向上、下30m区段内的支护强度为全工作面平均支护强度的80%，为工作面中段平均支护强度的70%，也就是说，端头支架的实际支护强度比工作面中段在非沿空留巷条件下一般可低约30%。沿空留巷综采工作面端头区不适于使用端头支架。

2.放顶煤工作面端头支架合理的支护强度和工作阻力

形成放顶煤工作面端头区支护强度低于中段支护强度的主要原因是端头区一侧顶板有煤柱支撑，条件比中段好，因而作用在端头支架的压力也小。只要工作面端头顶板岩层或煤层具有一定强度和厚度，顶板在煤柱支撑作用下就可能形成“悬板”结构，这种结构的破坏形式与工作面内“悬臂梁”结构的破坏形式不同，“悬臂梁”的破坏一般随工作面的推进呈周期性折断、失稳，而“悬板”结构一般是在工作面后方某一位置的顶板强烈沉降，没有明显的周期来压，因而，端头支架在悬板结构的维护下，支护强度将明显低于中部支架。但是，在特殊地质条件下，端头支架承受的顶板压力也可能出现接近或高于中部支架的情形，主要表现在以下两个方面：

综采工作面顶板岩层或煤层松软，形不成悬板结构；由于原生或采动裂隙影响，支承顶板的煤体、煤柱片帮失稳，或顶板岩层或煤层产生离层，从而引起悬板结构的突然破坏；从以上分析可以看出，确定放顶煤端头支架的支护强度要根据具体地质条件而定，由北京开采研究所设计的端头支架和与之配套的工作面液压支架的支护强度看出，绝大多数端头支架的支护强度都为与之配套的工作面液压支架支护强度的60%-80%，只有少数端头支架的支护强度接近或大于与之配套的工作面液压支架的支护强度。端头支架的工作阻力是由端头支架的支护强度和支护面积所决定的。

3.端头支架主要结构参数的确定

(1)高度

由于端头支架体积比较大，运输时要解体，因此，对端头支架最低高度要求不严格，仅考虑实际使用高度，即满足控顶、通风、运输、行人和与工作面支架及其巷道的高度等配套关系。所以调高幅度可以在一个较小的范围内变化。

(2)宽度

主要指顶梁宽度，顶梁宽度应能适应回采巷道上宽的需要，在巷道内留有适当间隙(一般应为200mm左右)的前提下，尽量增大其支护面积。在设计时，为适应回采巷道宽度的变化，保证端头支架顺利前移，顶梁一般设计成前窄后宽的模形。

4.端头支架受力分析

如前所述，端头支架型式各种各样，其受力分析方法也有所不同，端头支架强度校核可参考工作面支架结构件强度校核方法进行，各结构件危险断面的安全系数应满足MT/T556液压支架设计规范中的要求。

六、放顶煤端头液压支架在使用中应注意的几个问题

由于端头支架架体较大，再加上工作面端头设备多而集中，因此，使用端头支架时经常会出现一些问题，主要表现在以下几个方面：

1.挤死架

挤死架是指端头支架与巷帮或临近支架之间没有活动间隙，导致端头支架走不动。挤死架是综采工作面的大型事故之一，出现这种问题主要是工作面设备的上、下窜动，巷道掘得不直和刮板输送机不沿端头支架中心线方向推进等多方面原因造成的。使用中应及时修复巷道，逐渐调整刮板输送机的位置，注意端头支架的前移方向，以避免发生挤死架问题。

2.压死架

压死架是指支架的实际使用高度接近或达到支架的最低高度，导致支架无法脱离顶板而前移的现象。压死架也是综采工作面的大型事故之一，处理起来难度较大。引起这种现象的原因有：①底板上鼓；②顶板下沉量大；③底板浮煤积压严重；④支架最低高度确定的不合理。避免出现压死架的方法是选择好端头支架的最低合理高度，及时修理巷道和清理浮煤。

3.支架倾倒与歪斜

由于放顶煤端头支架架体较长，在移架过程中常出现拉斜甚至倾倒现象，一般情况下，使用调架千斤顶就可以解决这些问题，情况严重时，可在降架移架过程中打斜撑柱来调整。

4.支架走不动

主要是由于巷道底板高低不平、底板遇水软化或支架拉架力小造成的。解决这个问题的办法是设计时加大推移千斤顶缸径；使用中及时修复底板；使底板尽量保持平直。

七、几种常见放顶煤端头支架

放顶煤端头液压支架常见的有两列中置式、三列中置式及前后置式放顶煤端头液压支架。

1、两列中置式放顶煤端头液压支架

两列中置式放顶煤工作面端头支架的特点是转载机放在端头支架的中部，左右架对称布置，除左右架底座对称布置外，其余结构件均相同。

两列中置式放顶煤工作面端头支架

该端头支架由左右两架组成，分别布置在转载机两侧，前、后部刮板输送机机头与转载机搭接处支架的无立柱空间满足端头支架移架步距的要求，底座内设有侧调架千斤顶，顶梁上设有调架千斤顶，并可设置护顶板。

左右两架的推移千斤顶可同时推移转载机，并可交替自移架。推移机构可与超前支架相连，协调推移。

2、三列中置式放顶煤端头支架

三列中置式放顶煤端头支架，为三架一组式端头支架，由一架主架和左、右结构一样的两架副架组成，主架底座上有一放置转载机的槽，转载机中心线与主架中心线重合。主架是以左、右两个副架为支点，两个副架又同时以主架为支点，推移梁受力对称，移架顺利。

三列中置式放顶煤端头支架

该端头支架为三架一组中置式放顶煤端头支架，转载机置于主架底座槽内，在主架底座槽内滑动，工作面两部刮板输送机的机头在端头支架前、后两个纵向空间内移动。

3、前后置式放顶煤端头液压支架

前后置式放顶煤端头液压支架结构如图所示

前后置式放顶煤端头液压支架

该型端头支架由前置架和后置架组成，后置架与过渡支架并排布置，与过渡架基本相同，主要负责推移转载机和推移前置架，也保证了三机配套关系。

前置架为四柱单摆杆结构，结构简单，两者在结构和功能方面是完全独立的。

转载机布置在底座中间，底座中档一般为底分式结构，转载机落在底板上，对软底板巷道也可采用整体底座，转载机骑在底座上。

前后架通过推移千斤顶相连接，交替整架前移，也可通过推移横梁与转载机相连。

该型端头支架的优点是稳定性好，但移架时整体卸载，巷道全断面瞬时无支护。

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