ZY18000/35/77D型液壓支架技術(shù)設(shè)計及特征分析

王 雅

(晉能控股裝備制造集團 潞安裝備公司，山西 長治 046204)

ZY18000/35/77D型液壓支架是針對特厚煤層特點設(shè)計的一種支架，其控制系統(tǒng)采用電液控，操作方便；推移采用大流量液控閥，可提高支架的移架速度；泵站額定供液壓力的提高，使支架的初撐力得到了提高，保證了支架的支護性能；前連桿為兩個單連桿，抗扭能力大大提高；較大的支架通風(fēng)斷面，保證了采煤工作面良好的通風(fēng)。

1 支架的選型設(shè)計

選擇技術(shù)性能恰當?shù)囊簤褐Ъ苁潜ＷC工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵條件。該特厚煤層大采高工作面主要配套設(shè)備包括: MG1100/2860-WD采煤機，SGZ 1350/3×1200刮板輸送機，SZZ 1350/700轉(zhuǎn)載機和ZY18000/35/77D型液壓支架。

1.1 支架支護強度的確定

根據(jù)設(shè)計所采煤層厚度，支架最大高度定為7.7 m，設(shè)計最大采高7.2 m。

1) 倍數(shù)巖重法計算公式[1]：

q=nMγ

式中：M為采高，取7.2 m;γ為巖石密度，取27 kN/m3;n為不同條件下的倍數(shù)。一般認為，對中等穩(wěn)定以下頂板，可取n=6～8，此處取6。

代入公式：q=6×7.2×27=1 165(kN/m2)=1.165(MPa)。

考慮支護強度 1.2 倍富裕系數(shù)，同時參考國內(nèi)相似支架選型參數(shù)，支護強度確定為1.4 MPa[2]。

2) 頂板分類計算法[2]：

根據(jù)多年來綜采工作面礦壓觀測的成果，獲得了支架-圍巖達到初始力學(xué)平衡必需的臨界阻力的計算公式：

qh=72.3M+4.5Lp+78.9Ls-10.24N-62.1

式中:qh為額定支護強度下限,kN/m2；M為采高,取最大采高7.2 m；Lp為基本頂周期來壓步距,參考王莊礦地質(zhì)報告,取40 m；Ls為控頂距，取6.009 m(頂梁長度+梁端距)；N為充填系數(shù)，N=hi/M，hi為直接頂厚度；取19.75 m。將上述各參數(shù)代入式中，得：

qh=72.3×7.2+4.5×40+78.9×6.009-10.24×19.75/7.2-62.1

=1 084(kN/m2)

考慮支護強度 1.2 倍富裕系數(shù)，以及設(shè)備高可靠性、低維修量、投資的合理性等因素，要求支架支護強度:qh≥1 281 kN/m2=1.281 MPa

綜合上述計算結(jié)果，支護強度取 1.4 MPa 左右為宜，以達到支架選型經(jīng)濟合理、安全可靠的目的。

1.2 支架工作阻力的確定

工作面支護強度確定以后，支架工作阻力值主要取決于支護頂板的控頂面積。而支護控頂面積主要與工作面“三機”配套設(shè)備的斷面縱向尺寸有關(guān)[2]。

Qh=qhLsB0/Ks

式中：Qh為支架額定工作阻力，kN；qh為支護強度，取1 400 kN/m2；Ls為支架頂梁長度，取5.8 m；B0為支架中心距，取2.05 m。

Qh=1.4×1 000×5.8×2.05÷0.98=16 986(kN)

考慮一定的富裕系數(shù)，工作阻力定為18 000 kN。

1.3 平衡千斤頂保持力矩計算

根據(jù)支架設(shè)計要求采高7.2 m，確定支架的最大高度為7.7 m。

2 支架主要技術(shù)特征

支架適用條件為直接頂1、2類，老頂Ⅰ、Ⅱ級，煤層傾角≤10°，兩柱雙伸縮掩護式液壓支架主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 液壓支架主要技術(shù)參數(shù)

3 支架的特點

常規(guī)工作面泵站額定供液壓力為31.5 MPa，此設(shè)計考慮到煤層厚、工作阻力高，選用泵站供液壓力為37.5 MPa，提高了支架的初撐力，保證了支架的支護性能。

支架采用2根D500 mm的雙伸縮立柱，調(diào)高范圍大，采高適應(yīng)性強。

支架頂梁帶有內(nèi)伸式伸縮梁，必要時可實現(xiàn)超前支護，伸縮梁前端設(shè)有一級護幫、二級護幫、三級護幫，必要時可實現(xiàn)超前支護，有效防止和減少煤壁片幫的發(fā)生。伸縮梁采用導(dǎo)軌插裝式，伸出后梁端高于頂梁45 mm，頂梁后端留清煤孔。

適當加大兩立柱間距，增大支架中心距，大大提高了支架的穩(wěn)定性。

為防止支架咬架和漏矸，適當加寬頂梁和掩護梁側(cè)護板寬度，保證降架300 mm，移架一個步距時，支架間仍有一定的重合量。

支架的軸孔名義間隙不大于0.4 mm，橫向間隙不大于8 mm，特別是底座與連桿的配合間隙。

人行通道大，便于工作人員通過，操縱閥位置布置合理，不占用人行道空間，且便于操作。

挑梁裝置由一級護幫、二級護幫及三級護幫組成，根據(jù)對大采高支架片幫受力模型的分析，片幫應(yīng)力最大在距頂板的0.35倍采高處。本支架的采高按7.2 m考慮，最容易片幫處應(yīng)在距頂板2.52 m處。以使支架的二級護幫能將最容易片幫區(qū)域完全維護住為原則，對護幫機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，結(jié)果為：二級護幫上沿距頂板1.238 m，距片幫最大應(yīng)力處1.282 m，結(jié)合三級護幫，使護幫裝置的總護幫高度達到3.812 m。護幫機構(gòu)示意見圖1。

圖1 護幫機構(gòu)示意(mm)

4 支架液壓控制系統(tǒng)

4.1 液壓系統(tǒng)高壓膠管配置

主進液管路為DN51G規(guī)格高壓膠管。主回液選用DN63規(guī)格回液膠管。立柱下腔DN25接口，上腔DN13接口。推移千斤頂下腔DN25接口,上腔DN19接口。平衡千斤頂上下腔DN13接口。其它均為DN10接口。

4.2 支架液壓系統(tǒng)

本液壓系統(tǒng)采用高精度電動反沖洗過濾器、回液斷路閥、進液球形截止閥、立柱球形截止閥等元件構(gòu)成主干路控制系統(tǒng)。在立柱上配備1 000 L/min的大流量立柱液控單向閥TMFDY(1000/50);推移采用400 L/min大流量TMFDYT(400/50)液控單向閥；一級和三級護幫千斤頂采用雙向鎖TMFDS(125/50)B;二級護幫千斤頂采用雙向鎖TMFDS(125/50)B及差動雙向鎖TMFDSP(80/45)G;伸縮梁千斤頂上采用雙液控雙向鎖TMFDSS(125/50)。支架換向閥組采用22功能23出口電液換向閥組TMFHZY(23).00,主進液P:DN25;主回液R:DN32。

5 支架四連桿優(yōu)化設(shè)計、運動分析

四連桿優(yōu)化參數(shù)見圖2及表2。

圖2 四連桿優(yōu)化參數(shù)

表2 四連桿優(yōu)化參數(shù) 單位：mm

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的四連桿，可保證支架在正常使用高度5.5～7.2 m時，支架梁端距的前后變化范圍為76 mm，見圖3。

圖3 支架梁端距變化范圍曲線圖

按支架使用高度7.2 m、采煤機和刮板輸送機后仰5.5°、滾筒和支架頂梁前端不干涉為前提，此時梁端空頂距為750 mm,間隙為68 mm,具體見圖4。

圖4 采煤機和刮板輸送機后仰5.5°示意(mm)

支護高度H=5.5～7.2 m， 摩擦系數(shù)f=0.2時，支架支護強度1.45～1.49 MPa，支護強度曲線見圖5。

圖5 支護強度曲線圖

對底板平均比壓(f=0.2，H=5.5～7.2 m)為2.59～2.63 MPa，曲線圖見圖6。

圖6 對底板比壓曲線圖

6 結(jié) 語

綜上所述，ZY18000/35/77型掩護式液壓支架的設(shè)計為厚煤層大采高工作面一次采全高提供了安全高效可靠的支護設(shè)備，適宜大范圍推廣應(yīng)用。