動力頂板支架自動擴展液壓系統(tǒng)的研究

齊 濱

（晉城乾泰安全技術(shù)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

引言

動力支架是長壁系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，緊挨著采煤機（采煤機或犁）和刮板輸送機。它的主要任務(wù)是控制頂板，保護沿墻工作的人員和其他機器不受頂板巖石脫落和從長壁表面脫落的煤塊的影響。支架在墻的前方后方移動，同時負(fù)責(zé)移動墻刮板輸送機的水槽。支護體的選擇要考慮到支護體的開采、地質(zhì)條件和圍巖參數(shù)，才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用[1]。

1 材料和方法

為了使支架能夠正確運行以及保證維護開挖頂板的良好條件，選擇合適的支架，即選擇支架作用于頂板的力是一個重要的因素。根據(jù)支撐運行周期的不同階段，有三種類型的承載能力：初始、標(biāo)稱和工作。初始承載能力是在支架擴大時獲得的，它取決于墻內(nèi)主供給線上的供給壓力。當(dāng)支架接管頂板巖石的壓力后，截面的承載能力變?yōu)楣ぷ鞒休d能力。相比之下，額定載荷能力是支腿顯示其順應(yīng)性的力，這取決于支腿閥塊中安全閥的開啟壓力。

本文測試了一種特殊的液壓系統(tǒng)（見圖1），該系統(tǒng)配備了具有自動膨脹功能的雙閥塊，由一個閾值閥（2c）和一個止回閥（2d）組成，并通過第二個止回閥（6）和一個截止閥（10）連接到供應(yīng)管道（15）。位于區(qū)塊內(nèi)的閾值閥（2c）的開啟壓力設(shè)置為9 MPa。這意味著自動壓力功能不能低于該設(shè)置。當(dāng)支腿膨脹超過9 MPa 時，自動膨脹系統(tǒng)啟動。盡管膨脹功能被操作人員中斷，但它確保了支腿的膨脹到所需的初始等負(fù)載能力，并達到供應(yīng)線的最大壓力值。在液壓系統(tǒng)中使用雙閥塊（2）來自動擴展支腿是一個必要條件，因為它可以防止在內(nèi)泄漏的情況下，支腿活塞下的空間壓力下降。其目的是確保獲得初始和工作負(fù)載能力[2-5]。此外，該系統(tǒng)在活塞空間裝有一個超流量閥（5）。這種閥設(shè)計用于保護連接閥組和腿活塞上方空間的液壓管路免受損壞。在內(nèi)部泄漏和活塞上方空間壓力超過連接管道強度的情況下，以及在單支管段執(zhí)行膨脹控制功能時，它是有效的保護。實現(xiàn)了與該系統(tǒng)串聯(lián)的附加單向閥的自動膨脹系統(tǒng)。其目的是在單向閥受到污染的情況下，消除液體回流到主供應(yīng)管路的可能性。

圖1 動力頂板支架自動擴展液壓系統(tǒng)

在新解決方案中，系統(tǒng)自動平衡柱塞空間的腿的壓力到所需的值。在供應(yīng)管線壓力波動的情況下，當(dāng)管線壓力增加時，新系統(tǒng)將自動做出反應(yīng)，然后補償支腿活塞腔的壓力，以實現(xiàn)所需的初始和操作支持。此外，新系統(tǒng)對機械動力頂板支架工作周期之間可能發(fā)生的任何壓力下降都能自動做出反應(yīng)，例如由于內(nèi)部泄漏。如果檢測到支腿子活塞空間的壓力下降，系統(tǒng)會自動重新增壓，以確保該段的穩(wěn)定運行。與傳統(tǒng)的解決方案不同，腿內(nèi)的壓力是自動平衡的，無需操作人員干預(yù)。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，作業(yè)人員必須持續(xù)監(jiān)測支架和供應(yīng)線的壓力，以提供所需的支持。如果分段作業(yè)人員沒有注意到壓降，那么分段作業(yè)就會缺少支撐。

2 結(jié)果與討論

測試是在一個長墻中進行的，在動力支撐部分安裝了一個自動膨脹系統(tǒng)。為了獲得測試結(jié)果，提出的解決方案配備了無線壓力監(jiān)測系統(tǒng)。活塞空間的壓力傳感器安裝在動力支架上。壓力在連續(xù)系統(tǒng)中測量，采樣率為1 s，不斷監(jiān)測配備了自動腿伸縮液壓系統(tǒng)動力支架的運行情況。根據(jù)液壓支架選定區(qū)段的液壓支架支腿壓力監(jiān)測記錄，進行了試驗分析。對長壁開發(fā)的兩個具體階段進行了分析：一是自動伸腿原型系統(tǒng)裝配前；二是自動支腿伸直安裝完成后。

如圖2 所示，在完成動力支架的擴張作業(yè)后，支腿的壓力明顯下降。初期的壓降呈現(xiàn)擴張的動力支持，結(jié)果之間的相互操作性支持當(dāng)?shù)貤l件、巖體的影響以及相鄰部分長壁和安全閥的特點在液壓系統(tǒng)中使用。這種壓降可以在幾分鐘內(nèi)從2 MPa 變化到5 MPa。分析圖表顯示，膨脹截面之間的壓差很大，達10 MPa 以上。在前一個和下一個擴展周期中可以看到類似的度量。壓力差是在獲得所需的初始承載能力之前中斷支撐擴張的結(jié)果。在圖2 中，43 段、44 段、45段支腿之間的壓差為20 MPa。

圖2 動力支架支腿壓差的測量

對采用自動擴腿系統(tǒng)的動力長壁支架的運行情況進行了研究分析，結(jié)果表明，在初始承載力差異較大的長壁開挖中，動力支架可以進行擴腿。這種差異主要是由于主要供給線的壓力波動和擴大支撐后不久壓力下降造成的。長壁開挖擴段后液壓系統(tǒng)壓力下降，導(dǎo)致頂板沿墻長支撐不均勻。這就影響了動力支架與巖體的不恰當(dāng)配合。初始承載能力最小的動力長壁支架的擴展對動力支架的擴展時間有顯著影響。如圖3 所示，大約是30 s。各供電支架之間的支持?jǐn)U展存在差異。43 號、44 號和45 號，這是由于主供電線路的壓力波動以及長壁動力支撐擴張后不久支撐腿的典型壓力下降造成的。通過對支撐支腿自動擴展原型系統(tǒng)的分析，可以實現(xiàn)在供電線路暫時壓降的情況下，支撐支腿能夠擴展到最大初始負(fù)載能力，原型系統(tǒng)還消除了支架擴張后不久支架腿的壓力下降。使用原型液壓系統(tǒng)自動擴張支架會導(dǎo)致支架之間的初始負(fù)載能力略有差異。43 號、44 號和45 號保證了動力支撐段在長壁中的穩(wěn)定運行。

該原型自動膨脹系統(tǒng)通過降低最小膨脹壓力的水平，可以顯著縮短動力長壁支架的膨脹時間。如圖3 所示，膨脹時應(yīng)超過的壓力閾值保持在25 MPa 的水平。通過在整個長壁系統(tǒng)中配備一個具有自動膨脹系統(tǒng)的動力支架，可以將支架的最小膨脹壓力閾值設(shè)置為20 MPa。然后，由自動擴展系統(tǒng)將動力支架進一步擴展至25 MPa 以上的最大初始承載能力。如圖3所示，其中支架的擴展時間減少到大約20 s。

圖3 支腿內(nèi)壓力值的歷程

3 結(jié)語

本文采用典型的自動腿擴張系統(tǒng)，消除了腿擴張后立即出現(xiàn)的壓力下降問題和獲得所需初始承載能力的問題。提出的控制系統(tǒng)的新解決方案使采場穩(wěn)定運行成為可能，這對正確控制采場頂板和保證采場安全具有重要意義。該系統(tǒng)能夠抵抗主供應(yīng)線的壓力波動和內(nèi)部泄漏。同時，所提出的解決方案減少了支腿擴張時間，相對于整個機械綜合體的運行，可縮短采礦周期時間。這些試驗結(jié)果和實際結(jié)論對用戶和房屋生產(chǎn)廠家提高長壁建筑群中機械支架的可靠性有一定的幫助，從而提高整個建筑群的安全性。下一步可能是對整個長壁綜合體進行全面研究。根據(jù)所取得的經(jīng)驗和研究成果，對所提出的液壓系統(tǒng)進行各種類型的動力支架試驗。