液壓支架合理選型及支架解體創新

干云洪,孔玉全

(淮南礦業集團淮滬煤電公司丁集煤礦, 安徽鳳臺縣 232142)

液壓支架合理選型及支架解體創新

干云洪,孔玉全

(淮南礦業集團淮滬煤電公司丁集煤礦, 安徽鳳臺縣 232142)

介紹了液壓支架的合理選型過程,同時針對丁集煤礦支護設備液壓支架需要解體入井的實際情況,創新設計了液壓支架自動拔銷器,并運用于丁集煤礦 1141(3)工作面ZZ8800支架解體工作中,成效顯著。

液壓支架;設備選型;支架解體;自動拔銷器

淮南礦業集團丁集煤礦位于淮南市潘謝礦區中部,礦井設計生產能力 500萬 t/a,為現代綜合機械化采煤礦井。液壓支架是實現工作面頂、底板安全支護和管理的重要設備,因此,其選型合理與否,直接關系礦井的安全生產與經濟效益,具有重要意義。同時,由于丁集煤礦受副井罐籠高度、寬度的制約,液壓支架不能整體入井,需要將其解體為底座和頂梁兩部分才能下井。本文主要闡述在液壓支架的解體過程中進行的技術創新。

1 支架選型影響因素

(1)煤層厚度。丁集煤礦開采煤層的厚度為3～5 m,按照規程要求,如果煤層厚度達到 2.8 m以上時,需要選擇帶有護幫板的掩護支撐式支架。

(2)煤層傾角。如果傾角為 10°～15°以上時,需要選擇帶有防滑裝置的支架;如果傾角在 18°以上時,選用同時帶防滑和防倒裝置的支架。

(3)底板強度。通過比壓驗算,按照支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓執行。同時充分考慮移架工作,要求支架底座前部比后部比壓小。

(4)瓦斯含量。丁集煤礦屬于雙突礦井,瓦斯相對涌出量與絕對涌出量比較大,因此選用通風斷面比較大的支撐掩護式支架。

(5)經濟成本。綜合安全與經濟雙重因素,充分考慮支架的性價比。

2 架型選擇

首先,確定老頂級別和直接頂級別 (見表1、表2)。根據老頂級別和直接頂類別來確定支架架型,同時根據老頂級別與采高確定支護強度 (見表3)。

(1)確定支架高度。根據煤層厚度與地質情況變化確定支架高度,其最大高度為 Hm,最小高度為Hn,則有:

式中,hm為煤層最大厚度;hn為煤層最小厚度;S1為考慮煤皮冒落后仍有可靠處撐力的支撐高度;S2為頂板下沉量;α為移架時支架最小可縮量;δ為浮矸厚度。

表1 老頂級別

表2 直接頂級別

(2)確定支架伸縮比。由于液壓支架的壽命比較長,并可能安裝在不同采高的工作面,因此伸縮比選擇應偏大,丁集煤礦支撐掩護式液壓支架伸縮比為2.5。

(3)確定支架間距。支架間距就是相鄰兩支架中心線間的距離,見式 (2)。

式中,Bc為支架間距;Bm為支架頂梁總寬度;C為相鄰支架頂梁間隙;n為每架所包含的組架數,整體自移動式 n取值 1,整體邁步式 n取值 2。

(4)確定底座長度。通過比壓驗算,按照支架底座對底板的比壓不超過底板的允許比壓執行,丁集煤礦支撐掩護式支架的底座長度取 4倍移架步距。

(5)確定頂梁長度L。頂梁長度L={配套尺寸+底座長度 +A×cos(Q)}-{G×cos(P)+300+e)+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點距離}。配套尺寸 A、G由配套圖冊確定;e為支架由高到低頂梁前端點最大變化距離;Q、P為支架在最高位置時,分別與后連桿和掩護梁的水平夾角。

(6)確定液壓支架工作阻力。該工作阻力實質上是液壓支架在工作中能承受頂板的載荷,是衡量液壓支架最重要的參數,由式 (3)確定。

表3 支架架型與支護強度

式中,Z為支護強度;E為頂梁前端到煤壁距離。

(7)確定支架通風斷面。由于丁集煤礦為雙突礦井,按照煤礦安全規程規定,工作面的風速不應小于 5 m/s,通風的驗算公式為:

式中,V為工作面風速,m/s;Q為采煤工作面所需風量,m3/s;S為支架的通風斷面面積,m2。

3 液壓支架解體工作創新

丁集煤礦受副井罐籠高度、寬度的制約,需將液壓支架解體為底座和頂梁兩部分才能順利運輸下井。常規解體過程中取銷作業采用人工拉錘方式,勞動強度大、工作效率低、存在安全隱患,經過反復設計實驗,成功地設計加工了液壓支架自動拔銷器,見圖1。其采用 11#工字鋼做為主體支撐架,將 30 mm厚鋼板做焊接加工,把 2件護幫板千斤頂連接到兩側。用Φ40 mm銷連接液壓缸,用Φ10 mm高壓管連接一操縱閥,乳化泵提供壓力。同時通過 2組液壓操縱閥實現人機交互控制,該自動拔銷器的使用操作步驟如下:

(1)用起吊設備把液壓支架自動拔銷器吊放在液壓支架頂梁上,并用保護繩掛住勾頭;

(2)用起吊設備把支架頂梁吊平;

圖1 液壓支架自動拔銷器

(3)用高壓管將自動拔銷器的液壓缸、操縱閥、乳化泵按照操作要求連接到位;

(4)螺栓接頭擰入頂梁銷,打開乳化泵提供動力,頂出自動拔銷器液壓缸,插入連接銷將支架中心銷軸和液壓缸體固定到位;

(5)收回液壓缸,液壓支架中心銷軸被拉出,取下銷軸。

以丁集煤礦 1141(3)工作面 ZZ8800支架解體工作為例,共需要解體117常規解體方法,1個班最多能解體 2臺液壓支架,117臺支架的解體周期是 20 d;而采用液壓支架自動拔銷器施工后,一個班至少可以解體 5臺液壓支架,8 d不到就圓滿地完成了任務。如果按照每個班節約 2個人工、丁集煤礦井下輔助工人 1個工班200元人民幣計算,僅人工成本 1項,液壓支架自動拔銷器就為丁集煤礦節省約 172800元,如果再加上安全效益與提前保障采煤工作面出煤的效益,則液壓支架自動拔銷器的作用更不可小視。

4 結 語

液壓支架在現代綜合機械化采煤過程中是重要的支護設備,其選型的合理與否直接關系到礦井能否實現高產高效生產。由于地質條件的復雜多變,使得液壓支架呈現出多樣化、大流量化發展趨勢,其選型涉及到煤礦地質、機械制造等諸多學科,應根據煤礦實際條件適當選用。

對于井工開采的煤礦,當受到井筒直徑與運輸設備的限制,液壓支架需要解體才能入井時,可以廣泛采用本液壓支架自動拔銷器。該自動拔銷器成功運用到丁集煤礦 ZZ8800液壓支架的解體過程中,降低了施工強度、提高了勞動效率,效果顯著。

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[3]陸 震.高等機械原理[M].北京:北京航空航天大學出版社,2001.

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[5]《綜采技術手冊》編委會.綜采技術手冊[M].北京:煤炭工業出版社,2000.

[6]國家安全生產監督管理局,國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[S].

2010-10-24)

干云洪 (1983-),男,四川會東人,助理工程師,從事煤礦機電技術管理工作,Email:gg0834@sina.com。