適應(yīng)晉煤集團(tuán)的6.2m大采高液壓支架開發(fā)

趙喜增

（1.太原理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西晉煤集團(tuán)金鼎煤機(jī)礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

1 技術(shù)背景及現(xiàn)狀

隨著采掘機(jī)械化程度的不斷提高，采掘機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化。厚煤層一次采全高是一種經(jīng)濟(jì)合理的開采方法，一次采全高減少了巷道掘進(jìn)和支護(hù)工作量，降低了開采成本，提高了資源回收率；同時(shí)大采高提高了單刀割煤量，為提高工作面生產(chǎn)能力創(chuàng)造了條件。

晉煤集團(tuán)3＃煤層厚度6m左右，賦存穩(wěn)定，有利于大采高工作面布置。尤其對高瓦斯礦井，采用大采高工作面可提高回采率，減少瓦斯的涌出，提高礦井的安全生產(chǎn)程度。但產(chǎn)量和效率并不總是與采高成正比，在很大程度上取決于工作面地質(zhì)條件和液壓支架適應(yīng)性。采高加大后，工作面礦壓顯現(xiàn)將明顯加大，片幫和冒頂傾向加劇，頂板管理難度增加，且晉煤集團(tuán)趙莊礦和長平礦井下地質(zhì)條件較差，而晉煤集團(tuán)的大采高支架大部分依靠進(jìn)口，進(jìn)口支架的價(jià)格非常昂貴，因此研發(fā)適合晉煤集團(tuán)煤炭生產(chǎn)的高端大采高液壓支架非常必要。

2 技術(shù)難點(diǎn)

結(jié)合近年來支架使用經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，在支架研發(fā)中應(yīng)著重解決以下幾個(gè)問題。

2.1 改善工作面頂板控制

在支架設(shè)計(jì)上應(yīng)優(yōu)先考慮以下技術(shù)措施：

（1）提高支架阻力，包括初阻力和額定工作阻力。由于移架期間對頂板支護(hù)阻力顯著下降，為避免頂板失穩(wěn)，應(yīng)適當(dāng)提高支架初撐力和額定工作阻力，以便使移架期間對頂板總支護(hù)阻力不低于使用直接頂保持平衡所需工作阻力。

（2）增加對頂板的隔離或遮蓋作用。由于支架反復(fù)支撐作用，除較堅(jiān)硬頂板外一般總會(huì)在支架上方出現(xiàn)破碎矸石，通過提高支架頂梁對頂板的遮蓋率，可避免破碎矸石落入工作空間內(nèi)。

（3）設(shè)計(jì)可控制和減少機(jī)道頂板冒落機(jī)構(gòu)，如設(shè)置伸縮梁機(jī)構(gòu)，割煤后此機(jī)構(gòu)可從頂梁伸出，及時(shí)支護(hù)機(jī)道上方頂板；設(shè)置完善的護(hù)幫裝置；支架頂梁前端應(yīng)有較大支撐力。同時(shí)，可通過改變頂梁前、后段比值來改變頂梁載荷分布。此外，還需要確定合理立柱柱窩前、后端比值。

2.2 提高支架的穩(wěn)定性

大采高支架隨著采高增大穩(wěn)定性要求增高，為保證大采高支架橫向穩(wěn)定性，應(yīng)嚴(yán)格控制四連桿機(jī)構(gòu)銷軸與孔配合間隙。在有傾角工作面，應(yīng)控制支架在移架過程中底座的下滑。為保證支架縱向穩(wěn)定性，應(yīng)防止平衡千斤頂拉長，使頂梁處于高射炮狀態(tài)，最終導(dǎo)致平衡千斤頂失效。在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，頂梁運(yùn)動(dòng)軌跡自上而下應(yīng)為向工作面傾斜的曲線。

2.3 提高支架底座的適應(yīng)性

在軟底條件下，應(yīng)減少底座前端比壓，讓支架能撐得住、走得動(dòng)。

3 現(xiàn)有大采高支架存在的問題

（1）伸縮梁機(jī)構(gòu)受力太小，不能很好地控制片幫冒頂。

（2）工作阻力、初撐力偏低。

（3）頂梁封閉性差，存在漏矸問題。（4）在特殊條件下的適應(yīng)性差，如在軟底、軟煤區(qū)。（5）安全可靠性不足，存在安全閥不能及時(shí)泄壓、沒有限位保護(hù)機(jī)構(gòu)、安全閥泄壓噴人等問題。

4 支架設(shè)計(jì)開發(fā)中的創(chuàng)新及質(zhì)量保證

4.1 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)以上理論，針對現(xiàn)有支架存在的問題，結(jié)合晉煤集團(tuán)實(shí)際情況開發(fā)了新型6.2m液壓支架，型號為ZY12000/28/62D（兩柱掩護(hù)式＋伸縮頂梁＋鉸接式二級護(hù)幫＋電液控制），可配套設(shè)備如下：

運(yùn)輸機(jī)：JOY公司AFC運(yùn)輸機(jī)；

采煤機(jī)： 艾柯夫SL500；

皮帶運(yùn)輸機(jī)：SSJ1400/2＊400。

該支架主要技術(shù)參數(shù)如下：

額定工作阻力（kN）：12 000；

額定初撐力（kN）：7 917；

支架高度（mm）：2 800～6 200；

支架中心距（mm）：1 750；

支架支護(hù)寬度（mm）：1 660～1 860；

平均支護(hù)強(qiáng)度（MPa）：1.36～1.4；

平均底座比壓（MPa）：2.8～2.86；

操縱方式： 電液控制；

尺寸（長×寬×高）（mm）：7 790×1 660×2 800；

重量（t）：39.8；

額定供液壓力（MPa）：31.5；

伸縮梁行程（mm）：800。

4.2 主要特點(diǎn)

該液壓支架屬于高端支架，主要由底座、頂梁、掩護(hù)梁、前后連桿、伸縮前梁、二級挑梁、推移桿及掩護(hù)梁、頂梁側(cè)護(hù)板和電液控制系統(tǒng)等組成。該支架具有以下特點(diǎn)：

（1）根據(jù)礦壓觀察結(jié)果，工作阻力提高到12 000 kN，是集團(tuán)公司使用工作阻力最大的支架。支護(hù)強(qiáng)度增加到1.36MPa，初撐力增加到7 917kN，有利于頂板維護(hù)，減少片幫冒頂。增加伸縮梁加二級護(hù)板，伸縮梁可及時(shí)伸出，支護(hù)頂板，減少片幫冒頂。伸縮梁前端受力可達(dá)280×104N，對改善頂板維護(hù)有重要意義。平衡千斤缸徑增加到Φ230mm，增加了平衡千斤推力和拉力，增大了平衡千斤調(diào)控支架合力作用點(diǎn)的作用，有利于頂板前端的維護(hù)。二級護(hù)幫由旋轉(zhuǎn)式改為折疊式，二級護(hù)板千斤頂由1個(gè)增加為2個(gè)，增大了護(hù)幫力。

（2）增加多處限位機(jī)構(gòu)。頂梁、掩護(hù)梁處限位機(jī)構(gòu)可控制頂、掩的極限位置角度，防止平衡千斤損壞。連桿限位機(jī)構(gòu)可防止支架最低位置時(shí)平衡千斤壓壞控制器。一、二級護(hù)幫千斤頂限位機(jī)構(gòu)可防止護(hù)幫板與千斤頂干涉。立柱間增加護(hù)網(wǎng)，可防止碎落煤塊傷人。通過將頂梁鉸點(diǎn)后部分延長遮蓋鉸接縫隙、封閉頂梁和掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板鉸接孔、延長側(cè)護(hù)板的三項(xiàng)措施，解決了支架漏煤問題。增加平衡千斤頂安全閥導(dǎo)流管，防止泄液噴到工作人員和控制器上。將立柱安全閥泄液口朝下防止噴液傷人。每個(gè)立柱設(shè)有2個(gè)500L/min安全閥，增加了對支架安全保護(hù)性。

（3）推移千斤缸徑增加到Φ200mm，增加了推溜力和拉架力，有利于解決軟底條件下大采高支架移架困難問題，同時(shí)支架底座前端保證圓滑防止戧底。抬底千斤缸徑增加到Φ160mm，增加了抬架力，有利于解決軟底條件下大采高支架陷底移架困難問題。支架底座單側(cè)設(shè)有調(diào)底座裝置，可根據(jù)現(xiàn)場需要安裝。頂梁留有調(diào)斜裝置安裝位置。電液控制器在底座前部并加高以方便操作者觀察操作。控制器有運(yùn)輸、操作雙位置，運(yùn)輸時(shí)不需拆解控制器；控制器為中英文顯示，操作界面友好。前、后腳踏板增加防滑設(shè)計(jì)，防滑板與基體直接鑄為一體，增加其可靠性和使用壽命。

4.3 質(zhì)量保證

為保證大采高支架的穩(wěn)定性，四連桿與底座、掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)配合間隙不大于0.75mm，各構(gòu)件總橫向間隙不大于8mm。采用零件預(yù)鏜孔、組焊并時(shí)效處理后整體加工孔的工藝方案，保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

為保證支架可靠性、耐久性，支架大量采用高強(qiáng)度鋼板，材料在使用前進(jìn)行化驗(yàn)分析，并進(jìn)行預(yù)處理。在加工時(shí)嚴(yán)格按該材料的相關(guān)加工工藝進(jìn)行，對焊件進(jìn)行全檢、探傷、去應(yīng)力，保證焊接質(zhì)量。支架架間膠管及接頭附件、輔助閥類、電液控制裝置采用德國EEP公司產(chǎn)品。立柱、千斤頂?shù)拿芊馊坎捎肊PM公司的進(jìn)口產(chǎn)品。各主要構(gòu)件危險(xiǎn)截面安全系數(shù)分別為：頂梁柱窩處1.65、頂梁端板處1.45、伸縮梁1.18、掩護(hù)梁3.6、前后連桿1.5、底座1.7。結(jié)構(gòu)件加載循環(huán)次數(shù)達(dá)到5×104次。

5 小結(jié)

目前我們開發(fā)的6.2m大采高液壓支架已經(jīng)通過了煤科總院檢測中心的5萬次標(biāo)準(zhǔn)的型式試驗(yàn)，性能優(yōu)良。每架支架較進(jìn)口支架可節(jié)約資金30%以上。6.2m大采高液壓支架的開發(fā)，提高了晉煤集團(tuán)液壓支架的設(shè)計(jì)制造水平，打破了外界技術(shù)壟斷，縮短了與國外先進(jìn)水平的差距。這對于晉煤集團(tuán)甚至是全國煤炭行業(yè)都有重大的意義。

［1］周雁冰，王高利.工作面液壓支架的合理選型［J］.能源技術(shù)與管理，2008（1）：60-62.

［2］王國法.大采高技術(shù)與大采高液壓支架的開發(fā)研究［J］.煤礦開采，2009（1）：7-10.

［3］趙曉強(qiáng).大采高掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析［J］.煤礦機(jī)械，2012（7）：40-41.