煤气化“五小”申报(回采工作面使用双向铰接顶梁设计及应用)

1、附件一:集团公司“五小”科技成果项目申报表单位：太原煤气化 公司 矿/厂 炉峪口煤矿 填报时间：2018年2月16日五小成果名称回采工作面使用双向铰接顶梁的设计及应用开始时间2018.7完成时间2018.2申 报 者姓名申爱龙性别男年龄29文化程度大学从事岗位科员职称技术员在成果中所占地位重要青工人数青工所占比例%）单位推荐意见盖章）集 团 公 司 评 审 意 见盖章）备注：本表务必由实际工作完成人填写。项目情况项目 来源 项目 解决 的问 题和 达到 的效 果A、集团公司B、二级公司 C、其他单位委托 D、自选E、其它< B在回米工作面中，两顺槽与工作面的接合部的端头是设备集中和人员进

2、出频繁的地点，也是采煤工作面顶板控制的重点区域，其范围包括四个部分，工作面机头< 机尾）设备区I；巷道端头区n；工作面前方支承压力剧烈影响区川；工作面后方矿压显现剧 烈区W, 般至工作面后方 1020m。回采工作面端头维护区示意图皿nw88年%易f么以玄遂50m 工作面端头因为控顶面积大，处于采场沿走向和沿倾斜的支承压力叠加处，围岩变 形较为剧烈，而该处直接顶受采动影响，承煤体与基本顶间可能发生大的离层并提前松 裂，可能毫无预兆地从围岩中松动冒落，尤其在端头地区进行正常支护与临时支护交替 作业时，可能引发意外事故。在实际生产过程中，巷道与工作面在煤层内相对位置不一致时，极易形成台阶，如

3、因为断层影响，导致某段巷道与该处工作面不在一个水平上，势必造成部分煤岩体处于 易于破坏的单向应力状态；而端头处断面的不规则更增加了支护的难度，因为卸载频 繁，松裂岩体易垂直下沉倾翻或沿层理滑移旋转。所以，该地段的顶板维护好坏对整个工作面的安全生产至关重要。因为各矿区地质及开采技术条件的不同，端头支护的形式很多，目前我矿主要利用 悬移端头支架或四对八梁支护机头、机尾设备区，巷道端头区和靠近工作面顺槽区主要 是通过超前支护或加设迈步支架并配合原有棚式或锚杆支护进行架设。从实际使用效果来看，基本能满足该处的实际支护需求，但在遇到顶板存在离层、裂隙或比较破碎时， 通常只是通过增设梁柱体系，顶梁挂网等方

4、式来加大单柱支护和防护面积，即便如此， 这样也往往造成支柱较多、支护面积又比较有限，金属网无法承受大范围顶板离层、落 矸的恶劣情况。该项目所提出的十字铰接n型顶梁支护设计便是对原有端头支护的一种探索和改进，它主要是通过对原有一字n型钢梁增加铰接装置，使其能够在两个方向上进行延伸，将原有的线型支护改为十字面型支护，从而扩大了单柱的支护范围；而通过铰接， 又可以使所有的梁柱体系连成整体，加强支护体系的稳固性和整体性，从而为保证工作 面端头支护的安全及可靠提供了一种可行的支护方案。可另附纸）所使 用的 科学 技术 原理本项目的所提出的铰接n型顶梁并非本项目首创，其技术原型为专用十字铰接顶梁，其主要为

5、配合工作面铰接顶梁操作的普采工作面端头使用，这里进行了部分的创新 和改进以适应我矿普采工作面使用n型钢梁交错迈步的顶板管理方式。最大的优点是可以自己加工制造，而铰接的作用一是连锁，增加整体性、二是增大部分支护面积，扩大 了支护维度，可以有效抵消端头顶板的各向压力，满足了特定条件下对工作面端头支柱 密度低、支设面积大等的支护要求。自主 创新 占J 、1、本项目的创新点首先在于通过自主加工的方式，提出了一种有别于传统一字线 状支护的钢梁支护方式，且这种十字铰接顶梁结构简单，造价低廉。2、鉴于钢梁自身的特点，既可按照传统钢梁方式使用，也可在需要时安装铰接 梁，适用性较强，并且其便于组装，支卸灵活、移

6、设方便，能最大限度地适应各种顶板 条件，和我矿的实际生产需要；3、必要时可为工作面其他设备的前移提供足够动力的可靠支点。4、此项目通过钢梁间的铰接弥补了传统长钢梁梁柱体系支护无法提供侧护力，整 体性不强的缺点。5、端头的支设及迈步方式是作为这种形式的钢梁移设方式的一种探索，在实际使 用中，长、短钢梁铰接及迈步方式组合样式较多，并可按照实际需要进行调整。6、端头的支护方式自成体系，对工作面支护及移设方式基本无影响，端头支护体 系整体宽度比超前支护两组钢梁间距略小，在移设不会与超前支护钢梁相互影响，产生 交叉时即可及时拆除超前支护，满足迈步需求。7、具有与巷道原有支护良好的配合关系尤其当巷道支护为

7、锚杆时，顶板若有离层 下沉，不易观测到，使用梁柱支架支护可辅助原有支护共同管理顶板，即便顶板有离层 下沉，也可完全取代原有支护作用，维护顶板的稳定和完整性。本项目中所阐述的顶梁设计极及实际使用简要说明如下:、结构双向铰接顶梁是在我矿原有n型钢梁的结构基础上通过增加垂直于轴向的铰接元件，使原有呈“一”字型的支护方式改为呈“十”字布置。在结构上，双向铰接顶梁是将侧向连接的耳子直接焊接在普通金属n型顶梁的两侧，供横向铰接使用。类似于专用十字铰接顶梁的作用，采用连接销孔连接，拆卸、组装方便，并可根据现场实际需要制 作成一梁单侧耳或一梁多耳的型式。忖子双向铰接顶梁结构示意图连接销原有8# n型梁10mm

8、通孔连接耳子-连接n型梁誤一-fl-W三/i此处的双向铰接n型顶梁主要有两处使用地段，即巷道端头区和工作面前方超前支护区，可根据工作面具体情况选择。二、超前支护 位于超前支护区的铰接顶梁主要是在顶板为锚杆支护时，除了顺着顺槽的走向布置 一梁三柱外，另外在每两对顶梁之间按照限定的距离横架一根垂直于巷道走向的 梁，增加了原有梁柱体系侧向的支撑连锁能力，使单纯的两侧超前支护梁柱体系连为 体，增强了整体抵抗顶板来压及下沉的能力。同时也增大了有效的支护面积，若配合金属顶网铺设，在顶板破碎易于产生裂隙及离层的条件下支护效果更佳，如下图中的mInmn中n区）A11A22BB444T1区3同采用十字铰接顶梁的

9、工作面端头支护示意图四对八梁工作面输送机平巷输送机铰接点2.6m长带耳n型钢梁单体液压支柱2.8m长带耳n型钢梁0.6m长带耳n型钢梁位于工作面端头区的十字铰接顶梁布置较为灵活，有多种布置方法，本例中提供了一种比较符合本矿实际情况的交错迈步的一种十字铰接方式，在顶板为锚杆支护时，工作面端头顶板较为平整，但因为此处的特殊位置，对此处的支护强度和支护面积要求都较高，在该例中，使用了顺着巷道方向布置的四根2.8m长钢梁 带有双向八个铰接耳），在垂直于巷道方向上每两根长钢梁之间布置了四根工作面端头十字铰接顶梁迈步移设示意图,回33状态一为满足工作面端头支护体系与工作面支护体系能够同时移设的要求，采用十

10、字铰接步，长钢梁2、4同步并滞后1、3 一个截深 这里为600mm），相应的梁尾缺口可由带n型钢梁的工作面端头支护采用了上图中的支设方式，在状态一中，长钢梁0.7m短钢梁与之铰接， 上图状态二二、工作面端头支护帽点柱A和B补全，以保证切顶线与工作面平齐，支柱在一条直线上的要求，在米煤机 进一刀，工作面支架相应向前移设一个截深的冋时，端头的十字顶梁可按照以下步骤操 作前移：长钢梁1、3不动，将长钢梁 2、4下的点柱卸载，临时支设在与之铰接的短钢 梁下，以保持该处的顶板支撑力，然后断开与长钢梁2、4铰接的所有短钢梁连接销，将长钢梁2、4向前移设两个截深1200mm ），然后再将之与短钢梁连接，支柱

11、支回长 钢梁下；最后一排三根短钢梁要撤下，移设至最前面；最后要将点柱A、B卸载支在新产生的切顶线缺口上，完成一个移设步骤，在下一个循环中，就要移设第一步中未动的 长钢梁1、3及最后排短钢梁和点柱 A、B,如此周而复始，完成工作面端头的迈步移设 操作，这里钢梁之间的铰接有一定的左右摆度，以方便端头切顶线与工作面不齐时的调整。这种支护方式从操作上讲，较以前的传统方式较为繁杂，但其对顶板管理及安全性能的提升也增加不小，可作为的工作面端头一种备用支护方式。这里铰接的作用一是连锁，增加整体性、二是增大支护面积，鉴于顶梁连接所使用 的直径$ 10mm长销钉抗弯及抗剪能力有限，如有必要，可在连接钢梁上补打单

12、体液压支柱，从而替代点柱过于孤立，缺少连锁的弊端。在支护密度计算上，可参照以往工作面的实测数据，一般工作面上、下端头的支护强度为全工作面平均值的80%，仅为工作面中部的 70%。所以端头支架的支护强度以不低于工作面支架的支护强度为宜。在此基础上来确定钢梁的长度、支柱的数量级支承能力。应用 和推 广程度通过对本项目的设计和构思，提出了一种有别于传统端头支护的顶板管理方式，此 方式对于服务于实际生产具有一定的现实意义，更重要的是提出了创新，为以后类似方 法设计取得了宝贵的设计经验，并提出了一些新的构思。此设计在我矿实际生产工作中 已有应用先例，效果较好，并能够成为服务实际生产提供一种备选的技术手段

13、。经济和社会效经济效益：不做计算。社会效益：1、这种自制十字铰接顶梁单根立柱即可提供两个方向上较大的支护面积，故而能 够提供较大的且有支护的无立柱空间，从而保证了足够的断面和人行通道，能够满足该 地段安置设备、频繁行人、运料的要求；2、将原来的线状单向支护改为双向面域支护，侧向抗力较强，当若干梁柱体系通益及测算依据过连接耳连为一体时，梁柱系统也连成一体，整体性较强，减少了发生倒柱、倒梁的事 故，确保了工作面的生产安全。测算依据：1、因控顶效果提高，避免出现的端头顶板事故对工作面生产的影响。2、因增大行人运料空间，增加的工作效率。技术推广前景本项目所阐述的顶梁设计及其使用方法是在现有支护体系基础

14、上提出的，它能够解 决一些遇到的实际问题，在实际生产中具有一定的现实意义，其在结构和使用方法设计 上也提出了一些新的构思。此项目中在实际生产工作中的应用，为我矿及其它矿井进行 的实际生产工作提供一种新的问题解决方案，其应用前景仍有待进一步论证。成果姓名性别年龄文化程度职务/职称成果中所起的作用组成任兆海男50大专部长构思、设计和指导员情程国先男37大专副部长构思、设计和指导况申爱龙男29大学技术员构思、设计和总结综合得分附件二：“五小”科技成果评审标准评价指标评价程度及说明 指标分值）名称含义一、科技含量是指成果所 使用技术的科技 含量高低，是否 获得专利。1彳艮高科技含量很高， 取得国家专利

15、授 权。<15分）2高已经申请专 利，并得到受理。<13分）3.比较咼 采用行业先进 技术，贴近生 产实际。<12 分）4一般凭生产实 践中的经 验。<11 分）二、自主创新程度是指利用科 学知识和原理， 在产品、工艺和 材料等方面自主 创新技术所占的 比重。1彳艮高全部为自主创新 技术。<25 分）2高大部分为自 主创新技 术。<20 分）3.较咼组合式创新技 术不少于 2 个。<15分）4.一般组合式创 新技术少 于2个。<13 分）三、难易 和复杂程 度是指成果在研 究、开发和应用 过程中所采用的 方法和手段的难 度和复杂程度。1高所采用的

16、方法和 手段是多学科交 叉的。<10 分）2较咼所采用的方 法和手段有 的较高的理 论基础。<8分）3.一般所采用的方法 和手段是在现 有基础上有所 改进的。<6 分）4.较低所采用方 法和手段 基本上是 现有技术的 。<4分）四、应用 和推广程 度是指成果在 企业和社会推广 应用的情况。1高已推广应用到全 行业乃至行业以 外。<20 分）2较咼公司范围内 已推广应 用。<18 分）3.一般已推广应用于 本单位或部 门。<16 分）4.较低仅有样 品，但有 潜在推广 价值。<14 分）五、经济 和社会效是指成果的 应用所取得的直 接、间接经济效 益，或在安全、 环境、生态、资 源等保护与合理 利用，提高职工 生活质量和健康 水平，防灾、减 灾，提高管理水 平等方面所取得 的社会效益。1彳艮大经济效益100 万兀；或社会效 益显著。<20 分）2.较大经济效益在 30100万元 之间；或社 会效益较 大。<15 分）3.一般经济效益在 1030万元之 间；或社会效