ZTC12800/20/38型超前支護(hù)液壓支架的研制

姚藝武

1 超前支護(hù)現(xiàn)狀及研究的意義

隨著綜采工作面機(jī)械化程度和單產(chǎn)的快速提高，運(yùn)輸、通風(fēng)和開采工藝對(duì)兩巷斷面尺寸要求越來越大，傳統(tǒng)的工作面超前支護(hù)方式從支護(hù)能力、支護(hù)速度、支護(hù)高度、自動(dòng)化程度、可操作性、安全性等方面都不能適應(yīng)安全高效綜采工作面對(duì)超前支護(hù)的要求，兩巷超前支護(hù)已經(jīng)成為制約工作面高產(chǎn)高效的瓶頸。

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的工作面兩巷超前支護(hù)方式是人工使用單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護(hù)頂板。這種人工方式支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)面積小，勞動(dòng)強(qiáng)度大，回柱危險(xiǎn)性大，支護(hù)工藝技術(shù)落后，用人多，不利于安全生產(chǎn)，不能滿足高產(chǎn)高效礦井的要求。因此，研究開發(fā)機(jī)械化、高效率、更安全的新型兩巷液壓支架，實(shí)現(xiàn)兩巷超前液壓支架支護(hù)與工作面大功率裝備的全面配套具有重要意義。

2 超前支護(hù)液壓支架的設(shè)計(jì)要求

針對(duì)單體液壓支柱超前支護(hù)的局限性，在借鑒綜采工作面所用液壓支架的基礎(chǔ)上，研制超前支架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的超前支護(hù)方式進(jìn)行超前支護(hù)。要求超前支架滿足以下主要技術(shù)要求：

1)兩巷超前液壓支架能適應(yīng)支護(hù)斷面尺寸的變化，有效地維護(hù)端頭及兩巷的斷面空間;護(hù)巷、護(hù)幫效果好，能有效地控制巷道變形，確保足夠的運(yùn)輸和行人空間。

2)支架動(dòng)作輕便靈活，能夠和工作面其它設(shè)備有效協(xié)調(diào)配合，拉移動(dòng)作便捷快速。

3)機(jī)械化程度高，操作簡(jiǎn)易，大大減輕繁重體力勞動(dòng)。

4)支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。

5)支架應(yīng)與工作面的巷道尺寸、地質(zhì)條件、配套設(shè)備等相適應(yīng)，具有方便使用的性能。

6)要保證較大的無立柱空間，以保證端頭處設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及順利前移。

3 超前支架主要技術(shù)參數(shù)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

ZTC12800/20/38超前支護(hù)支架是為適應(yīng)西山礦區(qū)特殊的地質(zhì)條件和工作面設(shè)備布置的需要而研制和開發(fā)的。針對(duì)不同工況和使用高度，對(duì)支架主要部件受力情況(運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù))進(jìn)行了科學(xué)的計(jì)算、模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)，逐步完善了支架的結(jié)構(gòu)型式和零部件。

ZTC12800/20/38型超前液壓支架的代號(hào)意義分別為：

ZTC—工作面端頭巷道超前支架;

12800—支架工作阻力，kN;

20—支架最低高度，20 m;

38—支架最大高度，3.8 m。

1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

a)ZTC12800/20/38型超前液壓支架基本架型為左右兩架一組，前后兩組組成超前液壓支架，見圖1。

圖1 ZTC12800/20/38型超前支護(hù)液壓支架示意圖

轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)布置在兩組支架左右底座中間。支架頂梁采用條梁結(jié)構(gòu)，左右頂梁間采用調(diào)架千斤頂調(diào)架，各頂梁左右設(shè)有護(hù)頂大側(cè)翻板防止漏矸。頂梁前后還設(shè)有前梁更好的對(duì)巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，各前梁左右設(shè)有小側(cè)翻板防止漏矸。

b)本支架采用四連桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)。

c)因?yàn)閮山M超前支架頂梁加前梁護(hù)頂長(zhǎng)度約為17 m，為保證支架的穩(wěn)定性，支架設(shè)計(jì)為剛性整體頂梁和底座，前后左右4個(gè)頂梁4個(gè)底座通過斜梁、前后連桿分別組成4個(gè)獨(dú)立的四連桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，保證了支架的穩(wěn)定性。

d)該巷道超前支架條梁式左右底座間距為1 290 mm，用于布置安裝轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)。

2)主要結(jié)構(gòu)件。

a)頂梁：本超前支架共有前后左右4個(gè)頂梁，直接與巷道棚梁接觸，是支架的主要承載部件之一，結(jié)構(gòu)都是箱形斷面，具有很高的抗扭抗彎曲強(qiáng)度，每個(gè)頂梁通過斜梁四連桿結(jié)構(gòu)與底座連接，頂梁沒有活動(dòng)側(cè)護(hù)板。

b)底座：由于超前支架比較長(zhǎng)，為便于井下運(yùn)輸及安裝，每一組超前支架共有前后左右4個(gè)底座組成，左右底座為分離結(jié)構(gòu)，中間用于布置轉(zhuǎn)載機(jī)破碎機(jī)，其結(jié)構(gòu)為箱形斷面，具有很高的抗扭抗彎曲強(qiáng)度，底座通過連桿斜梁結(jié)構(gòu)件與頂梁連接。

c)斜梁：斜梁和前后連桿底座組成四連桿結(jié)構(gòu)，其作用是使端頭支架有良好的穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)構(gòu)為箱形。

d)前梁：前梁具有少量的上翹下擺性能，可彌補(bǔ)頂梁對(duì)頂板不平度變化的適應(yīng)性，同時(shí)也可作為對(duì)頂板的輔助支護(hù)部件，前梁部件為箱形結(jié)構(gòu)件，本超前支架共有8個(gè)前梁結(jié)構(gòu)件。

e)大側(cè)翻板、小側(cè)翻板：該超前支架共有8個(gè)大側(cè)翻板16個(gè)小側(cè)翻板，通過銷軸鉸接與頂梁及前梁連接，再通過48個(gè)側(cè)翻千斤頂使大小側(cè)翻板上翹下擺達(dá)到護(hù)頂收縮性能。

f)前后連桿：前后連桿上下分別與斜梁和底座通過銷軸鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，其主要作用使支架在調(diào)高范圍內(nèi)，頂梁前端與煤壁的距離(梁端距)變化盡可能小，更好地支護(hù)頂板。承受頂板的水平分力和側(cè)向力，使立柱不受側(cè)向力。

3)支架的操作。

本超前支架是由前后左右4架組成、分別操縱控制。4組操縱閥分別布置在各架底座前柱窩前部，由4個(gè)人分別控制組成超前支架的4個(gè)支架。

正常工作時(shí)操作順序：

a)推架：分別操縱超前支架前面一組左右支架護(hù)頂千斤頂收縮使大小側(cè)翻版下擺、操縱立柱降架，使頂梁離開頂板或頂棚，操縱推移千斤頂伸出對(duì)前組支架進(jìn)行推架，推架到位后升立柱支撐頂板、伸護(hù)頂千斤頂使大小側(cè)翻版上翹護(hù)頂增大護(hù)頂面積。

b)推移轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)：操縱工作面巷道端頭支架推移千斤頂推移轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)，(可操縱超前支架后一組支架推移千斤頂輔助推移)。

c)拉架：分別操縱超前支架后面一組左右支架護(hù)頂，千斤頂收縮使大小側(cè)翻版下擺、操縱立柱降架，使頂梁離開頂板或頂棚，操縱推移千斤頂收縮，對(duì)后組支架進(jìn)行拉架，拉架到位后，升立柱支撐頂板、伸護(hù)頂千斤頂使大小側(cè)翻版上翹護(hù)頂，增大護(hù)頂面積。

4 效益

ZTC12800/20/38型超前液壓支架替代單體支柱進(jìn)行超前支護(hù)，安全可靠，支護(hù)工作效率高，有利于提高工作面推進(jìn)速度，大大提高了工作面單產(chǎn)水平，經(jīng)濟(jì)效益顯著。超前支護(hù)支架機(jī)械化程度高，實(shí)現(xiàn)了工作面超前支護(hù)的自動(dòng)化，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，安全性好，為綜采工作面的安全提供了更為有利的保證，具有良好的社會(huì)效益。