一種超前支護自動抬高推移機構的研究

崔貝貝

(山西晉城煤業集團 金鼎公司，山西 晉城 048006)

0 引言

目前，隨著煤礦開采的機械化、少人化和智能化的大力推廣，超前支架已經在各煤礦井下得到普遍應用。根據調研，90%以上的在用超前支護均為兩架一組邁步自移式結構。超前支護的應用相較以前的單體柱支護形式，在提高支護強度、支護面積、掘進速度以及降低勞動強度等方面均有大幅改善，有力地推動了煤礦科技采煤的發展。但根據使用反饋，受井下特殊地質條件限制，依然存在移架難和推進慢的問題。主要表現在以下兩個方面：①對于井下巷道，其絕大部分底板實際是凹凸不平、軟硬不均的，在工作面采掘推進過程中，經常會出現支架底座前端積煤、積石等現象，導致支架無法及時快速推進，嚴重影響生產進度；②超前支護為左右兩架一組結構型式，其底座寬度一般在500 mm～800 mm范圍內，由于底座寬度較窄且中間部分為實體形式，無法像中間支架一樣設置抬高和推移機構，移架過程中若遇到積煤或障礙時，無法有效及時移架，對此問題目前主要依靠人工進行清煤、清障，不但清理速度慢、勞動強度大，還存在一定危險性，尚無很好的解決辦法。

針對目前超前支架存在的以上問題，為積極響應國家提出的煤礦綠色、高效開采模式，研制一種超前支架可自動抬高和推移的輔助移架機構具有現實意義。

1 結構分析與設計

1.1 研究目標分析

針對超前支架特殊結構型式和井下采煤實際地質條件，充分考慮工人作業強度和難度，該機構應該具備不影響原支架所含全部功能、可根據不同采掘條件隨時拆卸安裝、能自動抬高且具備較強向上支撐力、能自動前后移步等功能 ，且結構簡單、操作方便。

1.2 設計思路與方案

基于研究目標分析，本設計應充分利用支架原有結構和液壓系統，在支架底座前端增加可拆卸的自動抬高和輔助推移裝置，具體設計方案如下：

(1) 考慮到井下的特殊環境、超前支架的寬度局限和工人的可操作性空間，抬高輔助移架機構必須設計為可拆卸型，同時要保證抬高機構的強度和足夠的向上支撐力，需要設計引入抬高千斤支撐架，其三維模擬示意圖見圖1。

圖1 抬高千斤支撐架三維模擬示意圖

(2) 依據國標，超前支架要保證超前支護20 m，雖然各廠家、各設計院所的結構設計不盡相同，但為保證支護長度，數量上一般由3組或3組以上相同單元鉸接而成，進而實現左右交叉邁步自移。根據最大限度利用支架系統本身結構而不引入新結構的原則，綜合考慮，本設計充分利用支架底座前端原有銷孔和筋板，對抬高框架進行自由度限位，抬高支撐機構鉸接限位示意圖見圖2。

(3) 參考傳統中間支架抬高推移部分設計原理，本機構中的抬底千斤必須有較大的接地支撐部分，即要保證足夠的抬底千斤與地面支撐部分接觸面積，為此我們設計了支撐框架。

(4) 考慮工作面的特殊地質條件，為有效提升支架在凹凸不平地面的行進速度，我們引用創新方法中的“變滑動摩擦為滾動摩擦”原理，設計滾動裝置，通過滾輪和滑道，減小支架與地面的摩擦阻力，使移架輕松便捷。

1-抬高支撐機構； 2 -鉸接限位部分；3-超前支架底座前端部分

(5) 考慮支架有效行進速度和降低工人勞動強度，上述滾動機構和滑道部分必須可以自移且不影響正常條件下的支架行進，這里我們引入平衡自移裝置，通過液壓控制，保證抬高推移機構能夠有效自移。

根據上述設計方案，我們將各設計單元有機組合，同時裝配抬底千斤和推移千斤，待自動抬高推移機構裝配完成后接入液壓系統，最后將其鉸接于超前支架底座前端，自動抬高推移機構總裝結構示意圖見圖3。

1 -平衡機構；2-支撐框架及滑道部分；3-支撐滾輪；4-抬高千斤；5-平衡滾輪；6-抬高框架；7-自移千斤；8-可移動固定座 ；9-固定卡槽部分；10-限位鉸接部分；11-超前支架底座

2 各單元結構及使用說明

2.1 各單元結構設計及裝配

超前支架自動抬高推移機構各單元設計描述及裝配步驟如下：

(1) 首先將抬高框架與底座前端鉸接，其中抬高框架主筋板前端形狀與底座前端相貼合，間隙不超過4 mm，通過利用原底座處筋板和蓋板進行自由度限位。

(2) 其次將抬高千斤、支撐滾輪與滑道框架連接，其中滑道框架預留行進距離要大于一個推移步距，滑道框架下蓋板上焊接H型滑道，上蓋板處滑槽寬度與千斤耳厚度間隙不超過3 mm。

(3) 然后裝配輔助推移千斤和平衡滾輪，推移千斤一端與固定座鉸接，一端與推移框架鉸接，平衡滾輪

設計距離小于一個推移步距，保證推移框架的平衡和自移，可移動固定座在卡槽內隨滑道框架一起升降。

(4) 最后將新增液壓部分接入原支架液壓系統，利用小主閥備用閥板控制，完成裝配。

自動抬高推移機構抬高移架動作示意圖見圖4。

1-巷道部分；2-支撐及滑道部分；3-滾輪系統；4-抬高系統；5-自移系統；6-抬高框架；7-滑動連接座；8-固定卡槽；9-超前支架

2.2 動作說明

支架在較大變坡點、凹坑、積煤或積石等情況下移架時，動作過程如下：

(1) 利用滾輪系統3和自移系統5，通過控制操縱閥，將支撐滑道2推移出一個步距，等待移架。

(2) 利用抬高系統4，配合滑動連接座7，將支撐滑道2放下接地，繼續操作操縱閥，通過抬高框架6將超前支架9的前端抬離地面一段距離。

(3) 操作支架原有推移千斤，配合支撐框架中的滾輪系統3，推動支架移步。

(4) 待一個步距移架結束，通過操縱閥，將支撐滑道2收回，等待下一個歩距的動作。

3 結語

針對煤礦井下特殊地質條件，超前支架在行進過程中經常會遇到較大變坡點、凹坑、積煤和積石等問題，嚴重影響工作面推進效率。本文研究的自動抬高推移機構，能將超前支架前端抬起快速跨過障礙，且操作簡單、與支架原系統無干涉，有效地提高了支架的適應性，為礦井安全高效生產提供了強有力的機械設備支撐。