極薄煤層兩柱掩護(hù)式支架結(jié)構(gòu)選型及參數(shù)設(shè)計(jì)研究

孫北平

摘 要：本文針對(duì)達(dá)竹礦區(qū)極薄煤層開(kāi)采條件，研制了ZY3200/6.5/15D兩柱掩護(hù)式薄煤層液壓支架，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)出發(fā)，分析了該支架梁端距與支護(hù)強(qiáng)度，頂梁偏載掩護(hù)梁扭矩及支架底壓比的受力規(guī)律，采用兩柱掩護(hù)式支架結(jié)構(gòu)，解決了實(shí)現(xiàn)薄煤層液壓支架的適應(yīng)能力和開(kāi)采范圍。

關(guān)鍵詞：薄煤層；液壓支架；三伸縮立柱

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）09-0161-02

我國(guó)薄煤層資源豐富，分布廣泛，在已探明礦區(qū)中，超過(guò)85%以上的礦區(qū)均有薄煤層分布，可采儲(chǔ)量約占20%。其中僅西南片區(qū)基本以薄煤層為主，粗略統(tǒng)計(jì)，僅四川省和重慶市國(guó)有統(tǒng)配煤礦就有薄煤層儲(chǔ)量1.5億噸以上。我國(guó)煤礦在厚煤層及中厚煤層已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并普及了綜合機(jī)械化開(kāi)采，安全高效。薄煤層綜采也取得了很多成果，1.0m以上薄煤層和中厚煤層一樣已基本實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化開(kāi)采。但由于受開(kāi)采空間的限制，薄煤層機(jī)械化開(kāi)采比厚煤層及中厚煤層要困難得多，1.0m以下薄煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采仍有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，這不僅影響也極大限制了1.0m以下薄煤層安全高效的機(jī)械化開(kāi)采的運(yùn)用，因此，研制和實(shí)用良好的薄煤層液壓支架很有必要。

1 達(dá)竹薄煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 開(kāi)采方式

達(dá)竹煤電集團(tuán)公司所屬各礦也主要開(kāi)采薄煤層，且煤厚大多低于1.0m。因?yàn)槊簩颖?，達(dá)竹礦區(qū)自開(kāi)發(fā)建設(shè)以來(lái)，一直采用手采、炮采工藝。八十年末至本世紀(jì)初期，先后使用了BM-100型、MLS3-170型和3MG-200型采煤機(jī)組，由于受煤炭市場(chǎng)疲軟的影響，加上各單位對(duì)礦井機(jī)械化發(fā)展工作的認(rèn)識(shí)不足，缺乏信心，公司機(jī)械化發(fā)展工作一直處于較低的水平。因此，達(dá)竹公司因地制宜，積極探索適合達(dá)竹極薄煤層綜采的液壓支架研制與攻關(guān)。

1.2 極薄煤層對(duì)液壓支架要求

（1）在支架的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用兩柱掩護(hù)式結(jié)構(gòu)形式，采用較大直徑的平衡千斤頂結(jié)構(gòu)形式，增大支架頂梁和掩護(hù)梁之間的調(diào)節(jié)能力和強(qiáng)度。

（2）支架結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單、可靠，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善力學(xué)特性，合理的梁體截面筋板配置和焊縫設(shè)計(jì)，支架合理選用了高強(qiáng)度材板，減小支架重量和頂梁厚度，在保證支架高可靠性的前提下，滿(mǎn)足尺寸小、重量輕等要求。

（3）減小對(duì)底板的比壓，兩架間采用新型調(diào)底裝置能適應(yīng)大傾角工作面，支架設(shè)計(jì)能確保必要的通風(fēng)斷面，梁端距，行人空間。

（4）為了保證支架具有較大的推拉力和行走速度，選用大直徑的推移千斤頂和裝備快速電液操作系統(tǒng)的快速移架系統(tǒng)，保證支架的運(yùn)行速度和推拉力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化快速作業(yè)。

（5）極薄煤層工作面空間小，作業(yè)人員行走較為困難，設(shè)備運(yùn)輸和設(shè)備檢修受空間限制。為盡量減少設(shè)備的維護(hù)和更換備件時(shí)間，宜選用聚胺脂密封和不銹鋼液壓閥提高液壓系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。

2 ZY3200/6.5/15D兩柱掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

架型為兩柱掩護(hù)式液壓支架，型號(hào)：ZY3200/6.5/15D；支架高度650～1500mm；支架寬度1450mm；支架中心距1500mm；支架工作阻力3200kN；初撐力為2618KN；支護(hù)強(qiáng)度0.398MPa；推移行程860mm；當(dāng)摩擦系數(shù)f=0.2時(shí)支架前端最大比壓為1.76MPa。

2.2 極薄煤層液壓支架受力分析

（1）梁端距與支護(hù)強(qiáng)度分析。（如圖1、圖2）

（2）頂梁偏載掩護(hù)梁扭矩及支架底壓比分析。（如圖3、圖4）

小河嘴煤礦21煤層底板抗壓強(qiáng)度為19.2～31.5MPa，大于ZY3200/06/15型兩柱掩護(hù)式液壓支架的底板最大比壓2.462MPa；頂板壓力0.28～0.35MPa小于支架的支護(hù)強(qiáng)度0.3～0.52MPa，工作阻力3200kN能夠滿(mǎn)足支護(hù)頂板的要求。采高在0.65～1.5m各主要參數(shù)均較理想。因此，該型支架適用于21煤層回采工作面。

3 ZY3200/6.5/15薄煤層液壓支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)和優(yōu)化程序?qū)σ簤褐Ъ軈?shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了支架內(nèi)力，提高了支護(hù)強(qiáng)度，支架架型設(shè)計(jì)為兩柱掩護(hù)式液壓支架，對(duì)頂?shù)装暹m應(yīng)性能強(qiáng)。

（2）研制薄尺寸的電液控制器，增加人行通道尺寸，技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，實(shí)現(xiàn)了薄煤層工作面的半自動(dòng)化采煤。

（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)疊板焊接型式，減薄頂梁厚度，人行通道、通風(fēng)斷面大；對(duì)支架前部頂板的支撐效果好，設(shè)置雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，適應(yīng)性強(qiáng)；加大頂梁前部寬度，減少了漏矸，。

（4）為了滿(mǎn)足強(qiáng)度的要求，連桿部分的材料使用高強(qiáng)度的鋼板，并且采用前后雙連桿、雙平衡平行布置，穩(wěn)定性好，穩(wěn)定性好增強(qiáng)了掩護(hù)梁強(qiáng)度，具有足夠的抗扭能力。

（5）為底座設(shè)計(jì)成剛性整體底座，底座中部全開(kāi)空檔，便于排矸，底座前端設(shè)計(jì)調(diào)推桿防滑機(jī)構(gòu)及支架防滑連接位置。

（6）支架設(shè)置長(zhǎng)推桿加倒裝千斤頂結(jié)構(gòu)，推溜、拉架力大，對(duì)工作面傾角有很好的防滑作用，同時(shí)配合電控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)防滑裝置同時(shí)動(dòng)作將刮板運(yùn)輸機(jī)上調(diào)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)下滑后的主動(dòng)調(diào)整。

（7）平衡千斤頂采用大缸徑千斤頂，通過(guò)增大千斤頂?shù)恼{(diào)整范圍實(shí)現(xiàn)更大范圍的控制支架的狀態(tài)調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的ZY3200/6.5/15薄煤層兩柱掩護(hù)式液壓支架，采用雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)，縮短立柱最小長(zhǎng)度，既增加支架的調(diào)高范圍，又減小立柱傾角，保證立柱足夠的支撐效率。支架頂梁前端采用層疊板式結(jié)構(gòu)，最大限度減小頂梁的厚度，增加過(guò)人、過(guò)機(jī)空間。先進(jìn)的電液先導(dǎo)閥控制鄰架工作方式，安全可靠，工作空間大。使用新型抬底裝置實(shí)現(xiàn)抬底與移架動(dòng)作的聯(lián)動(dòng)，移架時(shí)自動(dòng)抬底，解決了薄煤層液壓支架的抬底和順利移架問(wèn)題，進(jìn)而解決了煤泥堵塞薄煤層液壓支架底座中檔造成的移架困難。

參考文獻(xiàn)

[1]李建國(guó)，樊正興.U型鋼棚式支護(hù)失效原因分析及改進(jìn)[J].能源技術(shù)與管理，2011，04：36～37.

[2]毛德兵，藍(lán)航，徐剛.我國(guó)薄煤層綜合機(jī)械化其新進(jìn)展[J].煤礦開(kāi)采，2011，16（3）：11～14.

[3]袁亮.薄煤層開(kāi)采技術(shù)與裝備研究[J].煤礦開(kāi)采，20ll，16（3）：16～18.

[4]馬端志，何小特，牛艷奇.四連桿運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)液壓支架整體性能的影響[J].煤礦開(kāi)采，2009，14（5）：62～64.

[5]蘇林軍.淺埋薄煤層強(qiáng)力液壓支架研究[J].煤礦開(kāi)采，2009，14（5）：60～61.