煤礦綜采工作面液壓支架防倒調(diào)斜技術(shù)研究

路艷旗

摘? 要：當(dāng)在液壓支架偏載載荷作用下，其底座的應(yīng)力主要集中在液壓支架的主肋板上，高應(yīng)力集中在底部和墊塊相連接的位置處，極易導(dǎo)致液壓支架底座的受力開裂，本文對煤礦綜采工作面液壓支架防倒調(diào)斜技術(shù)進(jìn)行分析，以供參考.

關(guān)鍵詞：煤礦綜采;液壓支架;防倒調(diào)斜

引言

隨著煤炭綜采技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤炭綜采時的作業(yè)深度不斷增加，這就對井下綜采作業(yè)時的支護(hù)安全性提出了更高的要求。液壓支架作為井下支護(hù)的核心，其工作時的穩(wěn)定性和安全性直接關(guān)系到了煤礦井下綜采作業(yè)的安全，特別是隨著井下充填綜采作業(yè)技術(shù)的不斷應(yīng)用，綜采液壓支架的應(yīng)用范圍不斷加大，給煤礦井下綜采作業(yè)的安全性提出了更高的要求。為了提升井下綜采作業(yè)的安全性，本文對液壓支架工作時底座受力情況進(jìn)行分析，并對其進(jìn)行仿真研究，針對性地提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，在滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的情況下極大地降低了底座的重量和制造成本，有效提升了支護(hù)作業(yè)時液壓支架的支護(hù)穩(wěn)定性和收撤作業(yè)的效率，具有極大的應(yīng)用推廣意義。

1概述

隨著對煤炭資源需求量的不斷增加，煤礦企業(yè)在開采煤炭過程中會采取更加高效的生產(chǎn)方式，其中大采高綜采的生產(chǎn)方式被煤礦企業(yè)逐漸接受并應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。大采高綜采的采煤方式需要更多的機(jī)械化設(shè)備作為保障，尤其是液壓支架在大采高綜采過程中所發(fā)揮的作用尤為關(guān)鍵。礦用液壓支架是由金屬結(jié)構(gòu)和液壓元器件綜合組成的支撐設(shè)備，可以有效并安全地對工作面進(jìn)行支撐，確保作業(yè)人員的安全，保障采煤過程的順利進(jìn)行。根據(jù)對實際工作現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隨著大采高工作面的加長，對液壓支架的工作性能有了更高的要求。液壓支架長期在惡劣的環(huán)境中工作，受到了疲勞循環(huán)載荷的作用，導(dǎo)致液壓支架的關(guān)鍵零部件出現(xiàn)變形甚至是斷裂。為此，本文以煤礦企業(yè)常用的ZY12000/28/64D型液壓支架為研究對象，結(jié)合工程實際載荷的施加情況，采用有限元分析法得到該型號液壓支架頂梁受到扭轉(zhuǎn)作用力后的整體應(yīng)力分布規(guī)律及結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，并根據(jù)仿真分析結(jié)果對液壓支架的薄弱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減小整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，有效提高液壓支架的使用壽命。

2載荷特性

液壓支架和煤層的圍巖形成了相互作用力，在開采過程中圍巖的狀態(tài)變化決定著液壓支架所受載荷的變化。因此分析液壓支架所受載荷的特性主要是分析頂梁、掩護(hù)梁和底座所受載荷的變化規(guī)律。液壓支架處于惡劣的工作環(huán)境，所受到的載荷具有復(fù)雜性和隨機(jī)性，從實際工作的載荷分布來看分為對稱集中載荷和非對稱集中載荷，無論哪種載荷都是液壓支架頂梁所受到的載荷作用力。

3支架組智能控制系統(tǒng)

由于煤礦井下綜采面上的液壓支架數(shù)量通常達(dá)到100臺左右，考慮到控制一致性和支架狀態(tài)調(diào)節(jié)的可靠性，提出了分組調(diào)節(jié)控制的模式，每三個支架為一個控制小組，通過一個支架控制器進(jìn)行控制，相鄰的兩組液壓支架可以相互控制，從而實現(xiàn)利用一個控制中心對所有支架進(jìn)行控制的需求，為了確保控制的可靠性，所有的控制線路采用了雙回路模式，避免線路故障導(dǎo)致的支架組控制失效情況。支架的信息匯總層是指端頭支架控制器，主要用于接收各個支架控制器的數(shù)據(jù)信息，并對各個支架的運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后傳遞給地面上的監(jiān)測層，同時將地面監(jiān)測層傳遞過來的調(diào)整信息轉(zhuǎn)換后發(fā)給指定的支架控制器。該支架組控制系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)相對簡單，利用CAN數(shù)據(jù)總線作為信息傳遞中心，能夠滿足數(shù)據(jù)傳遞快速性和安全性的需求，可有效提升對支架組控制的安全性和及時性。

4液壓支架底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

由于液壓支架的底座主要是由上蓋板、下蓋板以及各種加強(qiáng)筋構(gòu)成的一種箱膽式結(jié)構(gòu)，因此將液壓支架底座的主筋板作為設(shè)計變量，將液壓支架的底座變形量、最大應(yīng)力以及液壓支架的底座作為目標(biāo)變量，通過對液壓支架底座上各設(shè)計變量對目標(biāo)參數(shù)變化情況影響的敏感度的分析，可知液壓支架底座的應(yīng)力、應(yīng)變以及質(zhì)量對于地質(zhì)的主筋板厚度以及底座底板的厚度的影響最為敏感，因此根據(jù)液壓支架的支護(hù)可靠性研究，應(yīng)以降低液壓支架底座支護(hù)時的最大應(yīng)力為優(yōu)先目標(biāo)，然后分別降低底座的重量，減少底座的變形，按此設(shè)定自動優(yōu)化分析后系統(tǒng)自動生成滿足設(shè)計要求的樣本參數(shù)。

5導(dǎo)致設(shè)備下滑的因素

采煤機(jī)如果循環(huán)割煤，據(jù)實際觀測，每班首先在機(jī)頭處割一刀，向下順著機(jī)尾推溜到拉架結(jié)束，這種循環(huán)可造成每排拉架前溜，下滑長度36mm;每班從機(jī)尾開始割一刀，支架沿著機(jī)頭往上拉架，這種循環(huán)造成的每排拉架前溜下滑距離是7mm。實踐得出，向斜構(gòu)造導(dǎo)致底板斜面，是工作面出現(xiàn)設(shè)備前溜下滑的主導(dǎo)因素。采用調(diào)斜辦法可以消除這個問題，其原理為在割煤作業(yè)過程中，由于要實時接煤運輸，當(dāng)割煤機(jī)將煤壁破除產(chǎn)生落煤后，拉架會順著采動而推溜支架工，推移產(chǎn)生的移近量不同，且每一個煤壁空間也不一樣大，所以前溜造成了不同的上、下層彎曲以及水平面，就會出現(xiàn)偏移。雖然偏移程度不大，但偏移后會產(chǎn)生分力作用，此分力在采煤機(jī)沿機(jī)尾處向機(jī)頭運動割刀時，主要作用在機(jī)頭;在采煤機(jī)沿機(jī)頭向機(jī)尾割刀時，就作用在機(jī)尾。某些下滑分力會被設(shè)備調(diào)斜過程產(chǎn)生的分力抵消，剩余的則影響設(shè)備的移近量以及下滑速度。

6支架防倒和調(diào)斜技術(shù)

6.1理論計算

在生產(chǎn)實踐中可以根據(jù)公式推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行實際應(yīng)用，當(dāng)設(shè)備管理出現(xiàn)由于轉(zhuǎn)載機(jī)和前溜不合理的搭接導(dǎo)致的異常時，調(diào)整支架，把溜子距離推移，緩解前溜導(dǎo)致的下滑幅度。推溜拉架時若下滑現(xiàn)象很嚴(yán)重，可微調(diào)機(jī)頭與機(jī)尾的間距，進(jìn)行校正。機(jī)頭和機(jī)尾相比，先割較長的那邊，然后在采煤機(jī)開始進(jìn)行跑動以后，再進(jìn)行拉架，使其回位，充分保證支架不會發(fā)生倒架或擠架的現(xiàn)象，并使工作面實現(xiàn)了“三平、一直、兩暢通”。

6.2采煤工藝的優(yōu)化

調(diào)整原來機(jī)頭和機(jī)尾雙向采煤時使用的通排割刀方法，更改為單向采煤法，即“先機(jī)頭，再機(jī)尾”，具體流程是：調(diào)整機(jī)器的進(jìn)刀方式，在開始作業(yè)前，先對機(jī)頭割一刀，等割刀完全跑透以后，再把到停回原來位置。這期間先不進(jìn)行推溜，因為采煤機(jī)在復(fù)位時狀態(tài)是空刀，所以煤壁一側(cè)的截深僅僅是一刀，拉架推溜要等完全復(fù)位后。此時，割煤機(jī)進(jìn)行二次啟動，對機(jī)頭處進(jìn)刀以后，再向機(jī)尾處完成刀割。割煤機(jī)在移動過程中，拉架同步進(jìn)行移溜，且機(jī)頭一直比機(jī)尾側(cè)超前。將這兩種不同的防滑措施相結(jié)合，可以適度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)載機(jī)搭接機(jī)頭的長度，此外，再配合調(diào)整機(jī)頭的高度，拉人前的溜底鏈可避免因轉(zhuǎn)載點的回頭煤數(shù)量之多造成的設(shè)備損壞。

結(jié)束語

針對大采高綜采液壓支架的實際工程應(yīng)用情況，采用有限元分析法對液壓支架在頂梁受到扭轉(zhuǎn)作用載荷時的應(yīng)力分布狀況進(jìn)行分析。結(jié)合液壓支架在實際使用過程中的損壞修復(fù)方法、有限元計算的結(jié)果以及工程中對應(yīng)力集中的處理方法，選擇加厚支架中頂梁前端筋板的厚度以減小應(yīng)力集中，降低了頂梁的最大載荷應(yīng)力值。有限元數(shù)值模擬分析結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)優(yōu)化后提升了液壓支架在大采高綜采作業(yè)過程中的安全穩(wěn)定性。

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