大傾角液壓支架調(diào)架梁及側(cè)護板使用能力探討

四川華鎣山廣能集團李子埡礦業(yè)技術(shù)服務(wù)公司 賀旭東 安海洋

0 前言

大傾角液壓支架一般指最大高度≤3.2m，使用傾角35°-55°；或最大高度3.2m以上，4.5m以下，使用傾角20°-40°的液壓支架。在大傾角工作面，液壓支架在非支撐狀態(tài)或自由狀態(tài)時其本身會失去穩(wěn)定性，為防止工作面支架傾倒、下滑，大傾角液壓支架必須配備防倒、防滑機構(gòu)。大傾角液壓支架常見的防倒、防滑、調(diào)架機構(gòu)包括：調(diào)架梁、頂梁側(cè)護板、掩護梁側(cè)護板及特設(shè)的調(diào)架、防倒機構(gòu)（一般只用于排頭、排尾處）。

在大傾角煤層實際開采過程中，常常會遇到支架下滑或者“擺尾”等狀況，此時采煤工人就會通過調(diào)架梁和側(cè)推千斤頂來進行調(diào)架，但實際效果卻不太理想，甚至根本就達(dá)不到效果。本文將以最大高度≤3.2m，使用傾角35°-55°工況下的一個案例來對大傾角液壓支架的調(diào)架梁、頂梁側(cè)護板、掩護梁側(cè)護板進行具體分析，研究其在防倒、防滑、調(diào)架方面的能力，并對其使用方式提供建議。

1 大傾角液壓支架調(diào)架梁及側(cè)護板的作用及布置

調(diào)架梁與支架的底座通過與導(dǎo)軸、千斤頂進行連接、位移。其主要作用有：在支架前移時起導(dǎo)向作用，起防滑、調(diào)架作用。

支架側(cè)護板分頂梁側(cè)護板和掩護梁側(cè)護板，其通過對應(yīng)的導(dǎo)軸和千斤頂與頂梁、掩護梁連接并實現(xiàn)位移，其主要作用有：起擋矸密封作用，在支架前移時起導(dǎo)向作用，起防倒、調(diào)架作用。

大傾角液壓支架的調(diào)架梁、頂梁側(cè)護板、掩護梁側(cè)護板是支架最基本的防倒、防滑、調(diào)架機構(gòu)，其具體位置見圖1。

圖1 調(diào)架梁、側(cè)護板位置布置圖

2 調(diào)架梁及側(cè)護板的能力分析及建議

2.1 參數(shù)設(shè)置

現(xiàn)有大傾角液壓支架及工作面部分參數(shù)見下表：

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說明：調(diào)架梁與側(cè)護板千斤頂共6件，頂梁、掩護梁、底座上各兩件，28MPa壓力時其單根油缸的推力約f=3.14×（632/4）×10-3×28KN=87.2KN。

2.2 力學(xué)計算

調(diào)架梁與側(cè)護板在工作面進行調(diào)架時的受力情況見圖2（不考慮鄰架間煤矸阻力等因素），具體受力分析如下：

圖2 調(diào)架梁與側(cè)護板在工作面進行調(diào)架時的受力分解圖

（1）調(diào)架力計算

設(shè)下架支架使得上鄰架沿工作面傾斜方向上移的力（調(diào)架力）為F，則其需要克服上鄰架重力的分力F1及滑動摩擦力F2，即F=F1+F2。

其中：

F1=m×g×cos45°=21000kg ×9.8N/kg×cos45°

≈145522N≈145.5KN

F2=K×m×g×sin45°=0.6×21000kg ×9.8N/kg×sin45°

≈87313N≈87.3KN

則：F=F1+F2=145.5KN+87.3KN=232.8KN

即，實現(xiàn)調(diào)架功能需要的調(diào)架力為232.8KN

（2）調(diào)架梁和側(cè)推千斤頂實際調(diào)架力計算

設(shè)調(diào)架梁千斤頂及側(cè)護板千斤頂對B點的力矩為M1，合力F對B點的反力矩為M2，則：

M1=2f×（L1+L2+L3）=2×87.2KN×（0.19+2.06+2.825）mm

=885.08KN*m

M2=F×h=232.8KN×0.75m=174.6 KN*m

其中h為合力F距底板距離，為0.75m。

因M1＞M2

故支架的A點與A1點會先接觸，設(shè)此時調(diào)架梁千斤頂與側(cè)護板千斤頂分配到A點的力為Fa，分配至B點的力為Fb（實際調(diào)架力），則：

Fa=2f（L1+L2+L3）/H=2×87.2KN×（0.19+2.06+2.825）m/3m≈295KN

Fb=6f-Fa=6×87.2KN-295KN=228.2KN

2.3 能力分析及建議

①從上面的計算可以得出：Fb＜F，調(diào)架梁千斤頂及側(cè)護千斤頂對上架支架的實際調(diào)架力小于支架上移需要的力，故調(diào)架能力不足。

②F1-F2=145.5KN-87.3KN=58.2KN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fb，說明支架的下滑力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于調(diào)架梁千斤頂和側(cè)護千斤頂對其的支撐力，證明其防滑能力足夠；

③頂、掩4根側(cè)護板千斤頂?shù)暮狭蛇_(dá)87.2KN×4=348.8KN，說明其保證支架的穩(wěn)定性不存在問題，故其防倒能力足夠。

綜上，在未設(shè)置其余輔助調(diào)架機構(gòu)的狀況下，單靠調(diào)架梁與側(cè)護板來實現(xiàn)調(diào)架功能是極不可靠的，但支架防倒、防滑的功能是完全足夠的。在工作面實際拉架時，支架B點會略有陷底而導(dǎo)致摩擦阻力增大，且相鄰兩支架間極易產(chǎn)生間隙而進入矸石導(dǎo)致調(diào)架阻力增大，加之工作面頂?shù)装鍡l件可能較差，支架上調(diào)時的阻力可能會更大。同時，支架前端聯(lián)接有刮板輸送機，支架后端存在矸石堆積，這些都會使得實際調(diào)架阻力大于理論值。在該狀況下，即使將千斤頂更換為缸徑為φ80mm（此時Fb增大至368KN），仍不能保證調(diào)架能力足夠。但若此時增加單獨調(diào)架結(jié)構(gòu)，采用上架拉本架的方式，若該油缸缸/桿徑為φ125/70，在28MPa時，其拉力可達(dá)236KN，將其配合調(diào)架梁、側(cè)護板同時使用，其比單純增大調(diào)架梁、側(cè)護板油缸缸徑更可靠。

3.結(jié)論

大傾角工作面支架一旦出現(xiàn)下滑而又未能及時上調(diào)的情況，后續(xù)再想通過調(diào)架梁及側(cè)護千斤頂實現(xiàn)支架調(diào)架是極其困難的，甚至對整個工作面正常生產(chǎn)都可能產(chǎn)生致命的威脅。故為保證大傾角工作面正常推進，支架調(diào)架梁及側(cè)護板應(yīng)作為一種主動防倒、防滑機構(gòu)進行使用，并通過嚴(yán)格控制相鄰架之間的間隙并及時清除相鄰架之間的浮煤浮矸等措施保證相鄰架接觸可靠，再配合合理的采煤工藝來保證設(shè)備的穩(wěn)定性，而不要將其作為調(diào)架的一種主要手段來使用。