煤氣化“五小”申報(回采工作面使用雙向鉸接頂梁設(shè)計及應(yīng)用)

1、附件一:集團公司“五小”科技成果項目申報表單位：太原煤氣化 公司 礦/廠 爐峪口煤礦 填報時間：2018年2月16日五小成果名稱回采工作面使用雙向鉸接頂梁的設(shè)計及應(yīng)用開始時間2018.7完成時間2018.2申 報 者姓名申愛龍性別男年齡29文化程度大學從事崗位科員職稱技術(shù)員在成果中所占地位重要青工人數(shù)青工所占比例%）單位推薦意見蓋章）集 團 公 司 評 審 意 見蓋章）備注：本表務(wù)必由實際工作完成人填寫。項目情況項目 來源 項目 解決 的問 題和 達到 的效 果A、集團公司B、二級公司 C、其他單位委托 D、自選E、其它< B在回米工作面中，兩順槽與工作面的接合部的端頭是設(shè)備集中和人員進

2、出頻繁的地點，也是采煤工作面頂板控制的重點區(qū)域，其范圍包括四個部分，工作面機頭< 機尾）設(shè)備區(qū)I；巷道端頭區(qū)n；工作面前方支承壓力劇烈影響區(qū)川；工作面后方礦壓顯現(xiàn)劇 烈區(qū)W, 般至工作面后方 1020m。回采工作面端頭維護區(qū)示意圖皿nw88年%易f么以玄遂50m 工作面端頭因為控頂面積大，處于采場沿走向和沿傾斜的支承壓力疊加處，圍巖變 形較為劇烈，而該處直接頂受采動影響，承煤體與基本頂間可能發(fā)生大的離層并提前松 裂，可能毫無預(yù)兆地從圍巖中松動冒落，尤其在端頭地區(qū)進行正常支護與臨時支護交替 作業(yè)時，可能引發(fā)意外事故。在實際生產(chǎn)過程中，巷道與工作面在煤層內(nèi)相對位置不一致時，極易形成臺階，如

3、因為斷層影響，導(dǎo)致某段巷道與該處工作面不在一個水平上，勢必造成部分煤巖體處于 易于破壞的單向應(yīng)力狀態(tài)；而端頭處斷面的不規(guī)則更增加了支護的難度，因為卸載頻 繁，松裂巖體易垂直下沉傾翻或沿層理滑移旋轉(zhuǎn)。所以，該地段的頂板維護好壞對整個工作面的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。因為各礦區(qū)地質(zhì)及開采技術(shù)條件的不同，端頭支護的形式很多，目前我礦主要利用 懸移端頭支架或四對八梁支護機頭、機尾設(shè)備區(qū)，巷道端頭區(qū)和靠近工作面順槽區(qū)主要 是通過超前支護或加設(shè)邁步支架并配合原有棚式或錨桿支護進行架設(shè)。從實際使用效果來看，基本能滿足該處的實際支護需求，但在遇到頂板存在離層、裂隙或比較破碎時， 通常只是通過增設(shè)梁柱體系，頂梁掛網(wǎng)等方

4、式來加大單柱支護和防護面積，即便如此， 這樣也往往造成支柱較多、支護面積又比較有限，金屬網(wǎng)無法承受大范圍頂板離層、落 矸的惡劣情況。該項目所提出的十字鉸接n型頂梁支護設(shè)計便是對原有端頭支護的一種探索和改進，它主要是通過對原有一字n型鋼梁增加鉸接裝置，使其能夠在兩個方向上進行延伸，將原有的線型支護改為十字面型支護，從而擴大了單柱的支護范圍；而通過鉸接， 又可以使所有的梁柱體系連成整體，加強支護體系的穩(wěn)固性和整體性，從而為保證工作 面端頭支護的安全及可靠提供了一種可行的支護方案?？闪砀郊垼┧?用的 科學 技術(shù) 原理本項目的所提出的鉸接n型頂梁并非本項目首創(chuàng)，其技術(shù)原型為專用十字鉸接頂梁，其主要為

5、配合工作面鉸接頂梁操作的普采工作面端頭使用，這里進行了部分的創(chuàng)新 和改進以適應(yīng)我礦普采工作面使用n型鋼梁交錯邁步的頂板管理方式。最大的優(yōu)點是可以自己加工制造，而鉸接的作用一是連鎖，增加整體性、二是增大部分支護面積，擴大 了支護維度，可以有效抵消端頭頂板的各向壓力，滿足了特定條件下對工作面端頭支柱 密度低、支設(shè)面積大等的支護要求。自主 創(chuàng)新 占J 、1、本項目的創(chuàng)新點首先在于通過自主加工的方式，提出了一種有別于傳統(tǒng)一字線 狀支護的鋼梁支護方式，且這種十字鉸接頂梁結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉。2、鑒于鋼梁自身的特點，既可按照傳統(tǒng)鋼梁方式使用，也可在需要時安裝鉸接 梁，適用性較強，并且其便于組裝，支卸靈活、移

6、設(shè)方便，能最大限度地適應(yīng)各種頂板 條件，和我礦的實際生產(chǎn)需要；3、必要時可為工作面其他設(shè)備的前移提供足夠動力的可靠支點。4、此項目通過鋼梁間的鉸接彌補了傳統(tǒng)長鋼梁梁柱體系支護無法提供側(cè)護力，整 體性不強的缺點。5、端頭的支設(shè)及邁步方式是作為這種形式的鋼梁移設(shè)方式的一種探索，在實際使 用中，長、短鋼梁鉸接及邁步方式組合樣式較多，并可按照實際需要進行調(diào)整。6、端頭的支護方式自成體系，對工作面支護及移設(shè)方式基本無影響，端頭支護體 系整體寬度比超前支護兩組鋼梁間距略小，在移設(shè)不會與超前支護鋼梁相互影響，產(chǎn)生 交叉時即可及時拆除超前支護，滿足邁步需求。7、具有與巷道原有支護良好的配合關(guān)系尤其當巷道支護為

7、錨桿時，頂板若有離層 下沉，不易觀測到，使用梁柱支架支護可輔助原有支護共同管理頂板，即便頂板有離層 下沉，也可完全取代原有支護作用，維護頂板的穩(wěn)定和完整性。本項目中所闡述的頂梁設(shè)計極及實際使用簡要說明如下:、結(jié)構(gòu)雙向鉸接頂梁是在我礦原有n型鋼梁的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過增加垂直于軸向的鉸接元件，使原有呈“一”字型的支護方式改為呈“十”字布置。在結(jié)構(gòu)上，雙向鉸接頂梁是將側(cè)向連接的耳子直接焊接在普通金屬n型頂梁的兩側(cè)，供橫向鉸接使用。類似于專用十字鉸接頂梁的作用，采用連接銷孔連接，拆卸、組裝方便，并可根據(jù)現(xiàn)場實際需要制 作成一梁單側(cè)耳或一梁多耳的型式。忖子雙向鉸接頂梁結(jié)構(gòu)示意圖連接銷原有8# n型梁10mm

8、通孔連接耳子-連接n型梁誤一-fl-W三/i此處的雙向鉸接n型頂梁主要有兩處使用地段，即巷道端頭區(qū)和工作面前方超前支護區(qū)，可根據(jù)工作面具體情況選擇。二、超前支護 位于超前支護區(qū)的鉸接頂梁主要是在頂板為錨桿支護時，除了順著順槽的走向布置 一梁三柱外，另外在每兩對頂梁之間按照限定的距離橫架一根垂直于巷道走向的 梁，增加了原有梁柱體系側(cè)向的支撐連鎖能力，使單純的兩側(cè)超前支護梁柱體系連為 體，增強了整體抵抗頂板來壓及下沉的能力。同時也增大了有效的支護面積，若配合金屬頂網(wǎng)鋪設(shè)，在頂板破碎易于產(chǎn)生裂隙及離層的條件下支護效果更佳，如下圖中的mInmn中n區(qū)）A11A22BB444T1區(qū)3同采用十字鉸接頂梁的

9、工作面端頭支護示意圖四對八梁工作面輸送機平巷輸送機鉸接點2.6m長帶耳n型鋼梁單體液壓支柱2.8m長帶耳n型鋼梁0.6m長帶耳n型鋼梁位于工作面端頭區(qū)的十字鉸接頂梁布置較為靈活，有多種布置方法，本例中提供了一種比較符合本礦實際情況的交錯邁步的一種十字鉸接方式，在頂板為錨桿支護時，工作面端頭頂板較為平整，但因為此處的特殊位置，對此處的支護強度和支護面積要求都較高，在該例中，使用了順著巷道方向布置的四根2.8m長鋼梁 帶有雙向八個鉸接耳），在垂直于巷道方向上每兩根長鋼梁之間布置了四根工作面端頭十字鉸接頂梁邁步移設(shè)示意圖,回33狀態(tài)一為滿足工作面端頭支護體系與工作面支護體系能夠同時移設(shè)的要求，采用十

10、字鉸接步，長鋼梁2、4同步并滯后1、3 一個截深 這里為600mm），相應(yīng)的梁尾缺口可由帶n型鋼梁的工作面端頭支護采用了上圖中的支設(shè)方式，在狀態(tài)一中，長鋼梁0.7m短鋼梁與之鉸接， 上圖狀態(tài)二二、工作面端頭支護帽點柱A和B補全，以保證切頂線與工作面平齊，支柱在一條直線上的要求，在米煤機 進一刀，工作面支架相應(yīng)向前移設(shè)一個截深的冋時，端頭的十字頂梁可按照以下步驟操 作前移：長鋼梁1、3不動，將長鋼梁 2、4下的點柱卸載，臨時支設(shè)在與之鉸接的短鋼 梁下，以保持該處的頂板支撐力，然后斷開與長鋼梁2、4鉸接的所有短鋼梁連接銷，將長鋼梁2、4向前移設(shè)兩個截深1200mm ），然后再將之與短鋼梁連接，支柱

11、支回長 鋼梁下；最后一排三根短鋼梁要撤下，移設(shè)至最前面；最后要將點柱A、B卸載支在新產(chǎn)生的切頂線缺口上，完成一個移設(shè)步驟，在下一個循環(huán)中，就要移設(shè)第一步中未動的 長鋼梁1、3及最后排短鋼梁和點柱 A、B,如此周而復(fù)始，完成工作面端頭的邁步移設(shè) 操作，這里鋼梁之間的鉸接有一定的左右擺度，以方便端頭切頂線與工作面不齊時的調(diào)整。這種支護方式從操作上講，較以前的傳統(tǒng)方式較為繁雜，但其對頂板管理及安全性能的提升也增加不小，可作為的工作面端頭一種備用支護方式。這里鉸接的作用一是連鎖，增加整體性、二是增大支護面積，鑒于頂梁連接所使用 的直徑$ 10mm長銷釘抗彎及抗剪能力有限，如有必要，可在連接鋼梁上補打單

12、體液壓支柱，從而替代點柱過于孤立，缺少連鎖的弊端。在支護密度計算上，可參照以往工作面的實測數(shù)據(jù)，一般工作面上、下端頭的支護強度為全工作面平均值的80%，僅為工作面中部的 70%。所以端頭支架的支護強度以不低于工作面支架的支護強度為宜。在此基礎(chǔ)上來確定鋼梁的長度、支柱的數(shù)量級支承能力。應(yīng)用 和推 廣程度通過對本項目的設(shè)計和構(gòu)思，提出了一種有別于傳統(tǒng)端頭支護的頂板管理方式，此 方式對于服務(wù)于實際生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實意義，更重要的是提出了創(chuàng)新，為以后類似方 法設(shè)計取得了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗，并提出了一些新的構(gòu)思。此設(shè)計在我礦實際生產(chǎn)工作中 已有應(yīng)用先例，效果較好，并能夠成為服務(wù)實際生產(chǎn)提供一種備選的技術(shù)手段

13、。經(jīng)濟和社會效經(jīng)濟效益：不做計算。社會效益：1、這種自制十字鉸接頂梁單根立柱即可提供兩個方向上較大的支護面積，故而能 夠提供較大的且有支護的無立柱空間，從而保證了足夠的斷面和人行通道，能夠滿足該 地段安置設(shè)備、頻繁行人、運料的要求；2、將原來的線狀單向支護改為雙向面域支護，側(cè)向抗力較強，當若干梁柱體系通益及測算依據(jù)過連接耳連為一體時，梁柱系統(tǒng)也連成一體，整體性較強，減少了發(fā)生倒柱、倒梁的事 故，確保了工作面的生產(chǎn)安全。測算依據(jù)：1、因控頂效果提高，避免出現(xiàn)的端頭頂板事故對工作面生產(chǎn)的影響。2、因增大行人運料空間，增加的工作效率。技術(shù)推廣前景本項目所闡述的頂梁設(shè)計及其使用方法是在現(xiàn)有支護體系基礎(chǔ)

14、上提出的，它能夠解 決一些遇到的實際問題，在實際生產(chǎn)中具有一定的現(xiàn)實意義，其在結(jié)構(gòu)和使用方法設(shè)計 上也提出了一些新的構(gòu)思。此項目中在實際生產(chǎn)工作中的應(yīng)用，為我礦及其它礦井進行 的實際生產(chǎn)工作提供一種新的問題解決方案，其應(yīng)用前景仍有待進一步論證。成果姓名性別年齡文化程度職務(wù)/職稱成果中所起的作用組成任兆海男50大專部長構(gòu)思、設(shè)計和指導(dǎo)員情程國先男37大專副部長構(gòu)思、設(shè)計和指導(dǎo)況申愛龍男29大學技術(shù)員構(gòu)思、設(shè)計和總結(jié)綜合得分附件二：“五小”科技成果評審標準評價指標評價程度及說明 指標分值）名稱含義一、科技含量是指成果所 使用技術(shù)的科技 含量高低，是否 獲得專利。1彳艮高科技含量很高， 取得國家專利

15、授 權(quán)。<15分）2高已經(jīng)申請專 利，并得到受理。<13分）3.比較咼 采用行業(yè)先進 技術(shù)，貼近生 產(chǎn)實際。<12 分）4一般憑生產(chǎn)實 踐中的經(jīng) 驗。<11 分）二、自主創(chuàng)新程度是指利用科 學知識和原理， 在產(chǎn)品、工藝和 材料等方面自主 創(chuàng)新技術(shù)所占的 比重。1彳艮高全部為自主創(chuàng)新 技術(shù)。<25 分）2高大部分為自 主創(chuàng)新技 術(shù)。<20 分）3.較咼組合式創(chuàng)新技 術(shù)不少于 2 個。<15分）4.一般組合式創(chuàng) 新技術(shù)少 于2個。<13 分）三、難易 和復(fù)雜程 度是指成果在研 究、開發(fā)和應(yīng)用 過程中所采用的 方法和手段的難 度和復(fù)雜程度。1高所采用的

16、方法和 手段是多學科交 叉的。<10 分）2較咼所采用的方 法和手段有 的較高的理 論基礎(chǔ)。<8分）3.一般所采用的方法 和手段是在現(xiàn) 有基礎(chǔ)上有所 改進的。<6 分）4.較低所采用方 法和手段 基本上是 現(xiàn)有技術(shù)的 。<4分）四、應(yīng)用 和推廣程 度是指成果在 企業(yè)和社會推廣 應(yīng)用的情況。1高已推廣應(yīng)用到全 行業(yè)乃至行業(yè)以 外。<20 分）2較咼公司范圍內(nèi) 已推廣應(yīng) 用。<18 分）3.一般已推廣應(yīng)用于 本單位或部 門。<16 分）4.較低僅有樣 品，但有 潛在推廣 價值。<14 分）五、經(jīng)濟 和社會效是指成果的 應(yīng)用所取得的直 接、間接經(jīng)濟效 益，或在安全、 環(huán)境、生態(tài)、資 源等保護與合理 利用，提高職工 生活質(zhì)量和健康 水平，防災(zāi)、減 災(zāi)，提高管理水 平等方面所取得 的社會效益。1彳艮大經(jīng)濟效益100 萬兀；或社會效 益顯著。<20 分）2.較大經(jīng)濟效益在 30100萬元 之間；或社 會效益較 大。<15 分）3.一般經(jīng)濟效益在 1030萬元之 間；或社會效