放頂煤液壓支架結構優(yōu)化研究與應用

盧肖琳

（同煤集團機電裝備力泰有限責任公司，山西 大同 037003）

ZF15000/27.5/42型支撐掩護式放頂煤液壓支架是目前特大型煤礦放頂煤開采的主要支架型號。同煤集團同忻煤礦在使用過程中，遇到了擋板脫落、耳板開裂和尾梁千斤頂漏液等故障，影響了生產(chǎn)，對作業(yè)人員的安全產(chǎn)生了威脅。針對這一情況，同煤集團機電裝備力泰有限責任公司多次派技術人員跟蹤調(diào)研，通過了解井下具體作業(yè)情況，對解決這些問題提出了具體方案，并取得了一定的效果。

1 概述

1.1 ZF15000/27.5/42支架參數(shù)

該支架主要由護幫板、側(cè)護板、連桿、伸縮梁、托梁、前梁、頂梁、掩護梁、尾梁、插板、底座等金屬結構件，連接銷軸、連接頭等連接件以及各類控制元件等部分組成[1，2]。主要參數(shù)如下表1所示。

采用該支架進行放頂煤開采具有一定的優(yōu)勢。（1）ZF15000/27.5/42放頂煤支架高效可靠，后部輸送機過煤高度高，提高了運輸大塊煤的能力；尾梁向上向下回轉(zhuǎn)角度大，提高了破碎大塊煤的能力，改善了放煤效果；尾梁—插板部分選擇小尾梁—插板和V型槽結構，確保了運動的靈活性[3]。（2）垮落的頂煤通過尾梁后部到達后輸送機，確保了工作人員和后輸送機工作空間的安全性。

表1 ZF15000/27.5/42放頂煤支架主要參數(shù)

ZF15000/27.5/42液壓支架尾梁上部和掩護梁鉸接在一起，利用兩個尾梁千斤頂支撐。當支架前移，垮落的頂煤和頂板會直接作用在尾梁上，因此，尾梁是實現(xiàn)支架掩護和放頂煤的重要部件之一。尾梁是由鋼板焊接而成的完整箱型結構，前部有插板千斤頂耳座，后部有尾梁千斤頂耳座，內(nèi)部還留有插板位置。其尾梁千斤頂?shù)闹饕獏?shù)如下表2所示，結構示意圖如圖1所示。

表2 ZF15000/27.5/42液壓支架尾梁千斤頂主要參數(shù)

圖1 ZF15000/27.5/42液壓支架尾梁千斤頂機構示意圖

1.2 同忻煤礦放頂煤工序

（1）初次放頂煤方法

采用“多輪分層順序”放頂煤開采，位置是從3#支架到123#支架，相鄰兩個放煤工相互間距離為6～7架支架。因為頂板初期壓力較小，破碎度較低，所以不易冒落，因此放煤時需要多次擺動后尾梁而且重復折返，直到放煤效果達到最佳情況。當工作面頂煤能夠全部自然垮落時，開始正常循環(huán)放煤操作。

（2）正常放頂煤方法

正常放煤按照“一刀一放”循環(huán)作業(yè)，方式依然采用“多輪分層順序”，相鄰兩個放煤工相互間距離為6～7架支架，通過循環(huán)作業(yè)將頂煤放凈為止，直到見矸關門。

2 ZF15000/27.5/42液壓支架存在問題分析

2.1 四連桿銷軸擋板脫落

ZF15000/27.5/42液壓支架在使用過程中，發(fā)現(xiàn)四連桿的銷軸擋板有時會發(fā)生脫落現(xiàn)象。如果擋板發(fā)生脫落，四連桿銷軸就會進入頂梁或者掩護梁的空隙位置，既不容易取出又容易造成支架運行故障。

2.2 耳板開裂

ZF15000/27.5/42液壓支架在使用過程中，還出現(xiàn)了前梁與前梁千斤頂連接的耳板出現(xiàn)開焊、開裂和脫落的現(xiàn)象，造成液壓支架使用過程中存在安全隱患。

2.3 尾梁千斤頂漏液

尾梁千斤頂?shù)膿p壞主要表現(xiàn)為漏液，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)漏液的主要原因有以下兩方面：（1）在放頂煤過程中，液壓支架尾梁千斤頂反復動作，其尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U向液壓支架外側(cè)伸出時易遭受到液壓支架外側(cè)掉落的煤塊、石塊等的撞擊而導致其鍍鉻表面被碰傷、砸傷。（2）當尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U在收回時，其被碰傷部位就會劃傷千斤頂?shù)拿芊馊?，從而使尾梁千斤頂發(fā)生漏液。

3 ZF15000/27.5/42液壓支架改造方案

3.1 四連桿銷軸擋板改造

經(jīng)過對ZF15000/27.5/42液壓支架結構的仔細分析，發(fā)現(xiàn)如果直接改造四連桿的銷軸擋板，需要揭開頂梁和掩護梁的面板，也就會對支架整體造成破壞，可能使其強度受到影響。通過反復的設計和分析，最終制定了改造方案（如圖2所繪）：先用27SiMn無縫管1（Φ89×18）與未脫落的擋板焊在一起，該尺寸的無縫管正好可以達到完美焊接，然后把無縫管和堵板焊接在一起，再把堵板焊接在擋板上，最后把擋板和頂梁或者掩護梁盡量焊接。該方案不會破壞支架結構，又能讓擋板和無縫管形成整體，確保了焊接質(zhì)量。實踐證明，能夠起到預期的效果。

圖2 四連桿銷軸擋板改造示意圖

3.2 耳板開裂改造

對待耳板開裂，則需要把前梁和前梁千斤頂耳板造成伸根結構，增加焊縫數(shù)量，提高焊接強度。另外，用焊接加強筋板來提高連接強度。

3.3 尾梁千斤頂?shù)母脑?/h3>

排除尾梁故障的主要方法是防止尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U在伸出期間遭受煤塊、石塊等的撞擊。

通過綜合考慮同忻煤礦生產(chǎn)工藝及ZF15000/27.5/42型支撐掩護式放頂煤液壓支架的結構特點和工作性能，結合相關資料[4，5]，研究得出以下解決方案：改變液壓支架原有尾梁千斤頂?shù)陌惭b方式，將尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U靠向液壓支架內(nèi)側(cè)安裝，缸體靠向液壓支架外側(cè)安裝。這樣就使活塞桿在伸出期間遠離煤塊、石塊等下落飛濺時的碰撞。同時，為了增加尾梁強度，載氣背板上焊接一塊厚貼板，以此保護背板并增加抗擊沖擊的能力。

4 改造應用效果

改裝后的液壓支架應用于同煤集團同忻煤礦井下綜采工作面，出現(xiàn)的問題已經(jīng)解決。通過改造，節(jié)省了維修和更換配件的資金。以尾梁千斤頂為例，單根千斤頂市場價格約6800元，對180多根尾梁進行改造，就可節(jié)約費用約100多萬元。

5 結語

本文對同忻煤礦放頂煤工藝所用的ZF15000/27.5/42型液壓支架在使用過程中的一些故障進行了分析，通過現(xiàn)場跟蹤與研究，分析了故障的主要原因，提出了改造方法。經(jīng)過改造的支架，在使用過程中沒有再出現(xiàn)原來的故障，改造效果良好，同時也節(jié)約了維修和更換配件的資金。