ZFQ13000/25/38型大傾角放頂煤液壓支架設計

尉建輝

(大同煤礦集團有限責任公司，山西 大同 037001)

大同煤礦集團北辛窯礦8108首采工作面切眼長約200 m，煤層厚度3.2～7.05 m,平均5.69 m,含0～4層夾矸，煤層傾角大多數區域為17～22°，局部傾角達29°，工作面走向傾角±12°，采用一次采全高綜合機械化放頂煤開采，采高為3.0～3.5 m。由于工作面惡劣的地質條件，現有的液壓支架無法滿足使用要求，因此，針對該工作面大傾角條件下放頂煤液壓支架進行了設計。

1 主要結構的確定

1.1 頂 梁

頂梁采用一體式，這種頂梁可靠性高，結構比較簡單，平衡性能好，前端的支撐性能好。在頂梁上設置有防倒裝置的連接位置，用于安裝防倒千斤頂。頂梁兩側均設置有活動側護板，在使用時，鎖緊銷將其中需要固定的一側鎖緊，另一側可以活動。雙活側左右工作面可以互換，確保活側永遠指向巷道。頂梁斷面結構如圖1所示。

圖1 頂梁斷面

1.2 掩護梁

掩護梁的結構為整體箱型，兩側也同時采用活動側護板，可更好地對液壓支架工作狀態進行調整。如圖2。

圖2 掩護梁斷面

為了使這種設計結構更具有加工工藝性，分析得出套筒在使用時承受側推千斤、彈簧及導桿的豎直方向的重力及千斤伸縮活動時的橫向摩擦力，其中側推千斤頂與其中一側的側護板進行固定，套筒與各板之間力學關系決定了套筒與各板之間的焊接關系，所以確定了套筒只與主筋焊接的工藝，與相關的耳板、中筋板不焊接，耳板與箱梁主體零件焊接，起到力學作用點避讓的效果，提高了焊接過程中組點效率，減少了焊接工作量及焊接變形，為液壓支架總裝奠定了良好的基礎。

1.3 前后連桿

為了提高液壓支架在傾斜狀態下抗側壓的能力，前后連桿均選擇雙連桿形式，即液壓支架縱向形成穩定的框架結構，使液壓支架受到的側壓分擔到雙連桿上(雙連桿比單連桿的結構優點就是可以承受抗扭性強)，讓連桿起到防倒的功能。

1.4 底 座

底座采用半開檔形式，剛性大，對底板比壓小。前端有過橋裝置，可以增加它的整體性能，過橋上設置有抬底千斤頂的安裝位置，用于安裝抬底千斤頂。底座還設置有調架千斤頂所需的連接裝置，位于其中后部的下方位置。 底座一側設計安裝底調架機構，另一側預留底調梁機構安裝孔，使用時預留底調梁機構的安裝孔需要用堵頭堵上。

在過橋頂端的兩側預留兩個42 mm直徑的圓孔，用于防滑裝置的安裝連接。

在底座后部焊接一塊耳板，預留兩個46 mm直徑的圓孔，用于防后部輸送機下滑的防滑裝置連接。

1.5 防倒、防滑、防護結構的確定

1) 防倒裝置。防倒裝置對于大傾角液壓支架是必要的配置。防倒裝置的作用主要是防止支架在傾斜的工作面發生傾倒。如果在工作時出現這種情況，防倒裝置可以將其拉回原來的位置。它的主要結構形式采用平拉式，即相鄰的支架頂梁下方安裝有連接頭，用于連接防倒千斤頂，這種連接以2架支架為1組進行調架，通過防倒千斤頂的收縮與伸出實現。如圖3。

圖3 支架頂梁上的防倒裝置

2) 防滑裝置。防滑裝置主要是防止支架在工作面進行不必要的滑動，它可以調節液壓支架之間的距離。防滑裝置最重要的結構是調架梁，當支架發生滑動時，通過鄰架調架梁的調節，使它回到原位置。調架梁一般情況下位于底座的側面，可在支架移動時起到一定的導向作用，避免底座下滑及調整底座位置。如圖4。

圖4 支架的底調梁機構

3) 防護網的設計。為防止煤塊或矸石的墜落傷及工作人員和支架，設置加裝了防護網，防護網的安裝孔設置在頂梁上。防護網分剛性防護網和柔性防護網兩種，使用時將兩種防護網交叉布置，有效地擋住煤塊和矸石的墜落，達到安全保護效果。

2 液壓支架結構及參數

最終確定液壓支架為ZFQ13000/25/38型支撐掩護式低位放頂煤液壓支架，其結構如圖5所示。主要技術參數如下：高度(最低/最高)：2 500/3 800 mm；寬度(最小/最大)：1 660/1 860 mm；中 心 距：1 750 mm；初 撐 力(P=31.5 MPa)：10 128 kN；工作阻力(P=40.43 MPa)：13 000 kN；底板前端比壓：0.95～3.52 MPa；支護強度：1.29～1.31 MPa；泵站壓力：31.5 MPa；操縱方式：本架手動操縱。

圖5 液壓支架整體結構

對于大傾角工作面，下端頭處的設備布置尤為重要，下端頭處設備的傾角越小越穩定。為減緩下端頭處的彎曲度，提供足夠的支撐力，增加穩定性，下端頭處的設備采用傾角遞減的布置方式(即設備布置時在工作面走向長度方向傾角變緩)。并且前后部輸送機與液壓支架之間增設防滑機構，如圖6所示。

圖6 前后部輸送機防滑

3 使用效果

ZFQ13000/25/38型大傾角放頂煤液壓支架的設計，開創了大同煤礦集團在大傾角工作面應用放頂煤液壓支架的先河。經過北辛窯礦首采工作面一年多的使用證明，支架所采取的防倒、防滑措施很好地適應了最大29°傾角的工作面，工作面采完后對支架結構件、立柱千斤頂進行檢查沒有發現質量問題。該套液壓支架工作性能穩定，滿足了開采大傾角煤層的要求。