綜采工作面液壓支架自主調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)

王振環(huán)

（山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長治 046000）

1 液壓支架傾斜原因分析

1.1 工作面煤層傾角大

當(dāng)工作面的煤層傾角大于15°時(shí)，液壓支架的傾斜角度較大。在此情況下，支架的重力較為分散，頂座與工作面頂板之間的摩擦力減小，底座與底板之間的摩擦力也減少，導(dǎo)致支架穩(wěn)定性降低，容易發(fā)生滑動(dòng)傾斜。

1.2 工作面遇到斷層構(gòu)造帶

一般情況下，煤層頂板凹凸不平，波浪起伏，厚度不一，多處有斷層的現(xiàn)象，工作面的傾角或大或小，不斷變化，這些情況容易引發(fā)支架穩(wěn)定性降低，甚至傾倒。當(dāng)工作面的頂板受到破壞時(shí)，如果不能及時(shí)支護(hù)，煤壁的壓力就會(huì)增加，進(jìn)而壓碎煤層。當(dāng)頂板在壓力的作用下被壓碎下沉，造成頂板不平整，進(jìn)而造成支架不穩(wěn)，引發(fā)支架傾角甚至倒架。

1.3 液壓支架采高超過規(guī)定高度

液壓支架類型較多，選用哪種型號(hào)需要根據(jù)煤層厚度來確定。如果煤層厚度深淺不均，支架采高超過規(guī)定高度時(shí)，容易使支架的支撐力降低，引發(fā)支架傾斜。此外，工作面傾角如果超過12°，并且連續(xù)有多個(gè)支架超高時(shí)，都會(huì)形面?zhèn)认蚧瑒?dòng)，造成支架傾倒。

1.4 調(diào)斜操作不正確

調(diào)斜，始終是綜采工作中的重點(diǎn)。如果調(diào)斜操作不正確，容易造成輸送機(jī)不穩(wěn)，使支架傾斜，頂板穩(wěn)定性降低，危及安全生產(chǎn)。

2 常用支架調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)分析

2.1 液壓支架側(cè)護(hù)板調(diào)斜技術(shù)

液壓支架的側(cè)護(hù)板，是當(dāng)前綜采工作面的主要調(diào)斜手段，通常安裝在支架一側(cè)，具有調(diào)整支架狀態(tài)的作用，主要用以調(diào)整相鄰支架的傾斜度，這樣可以在支架過山或退山時(shí)起到控制的作用。通常，支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板的有效行程在150～200 mm 之間，而支架頂梁的間距在50～90 mm 之間，因此，側(cè)護(hù)板要發(fā)揮其應(yīng)有的作用，需要處于略微傾斜的姿態(tài)。但在實(shí)際操作當(dāng)中，還存在局限性。一是當(dāng)支架下側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板時(shí)，如果側(cè)護(hù)板全部取出，那么無法進(jìn)行調(diào)架，如果沒有全部取出，那調(diào)架的調(diào)量較為有限；二是當(dāng)支架上側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板時(shí)，同樣無法調(diào)整支架。

2.2 液壓支架調(diào)尾千斤頂調(diào)偏技術(shù)

該調(diào)偏技術(shù)，主要是在支架底座尾部安裝千斤頂，利用其來調(diào)整支架底座之間的距離，也可用來調(diào)整其方向。這種調(diào)偏技術(shù)在實(shí)際操作應(yīng)用當(dāng)中，有三個(gè)不足：一是如果沒有固定好千斤頂，在使用過程中容易出現(xiàn)滑動(dòng)的情況；二是如果工作面傾角大，兩個(gè)支架的底座之間就會(huì)有高度落差，特別是這個(gè)落差高于支架底座時(shí)，千斤頂?shù)墓潭ㄝ^為困難，受力點(diǎn)不夠牢固，此時(shí)容易出現(xiàn)支架傾斜；三是一般情況下兩個(gè)支架底座之間的距離在100～200 mm 之間，而千斤頂?shù)男谐桃话阍?50～300 mm 之間，明顯大于支架底座的距離，因此調(diào)架余量較小。

3 綜采液壓支架調(diào)斜調(diào)偏新技術(shù)

3.1 液壓支架自主調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)思路分析

從分析中可發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行支架調(diào)斜或調(diào)偏技術(shù)確實(shí)存在需要改進(jìn)完善的空間。液壓支架在安裝進(jìn)入工作面后，會(huì)與相鄰的支架之間形成一個(gè)受力的整體，共同支撐起綜采的穩(wěn)定空間，又因每個(gè)支架擁有獨(dú)立的系統(tǒng)，這就需要擁有獨(dú)立的自主調(diào)節(jié)功能，而當(dāng)前主要使用的液壓支架均缺乏這一功能。因此，基于自主調(diào)節(jié)功能的調(diào)架技術(shù)，是一項(xiàng)新的研究方向。根據(jù)力學(xué)原理，增加千斤頂?shù)挠行谐獭⒐潭ㄊ芰c(diǎn)、增大千斤頂推力，是解決液壓支架調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)的必要條件。從這一思路出發(fā)，液壓支架的自主調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)，主要是對(duì)支架進(jìn)行垂直方向和水平方向的姿態(tài)調(diào)整。

3.2 液壓支架自主調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)

3.2.1 液壓支架自主調(diào)斜技術(shù)的計(jì)算模型

自主調(diào)斜，是在支架底座位置安裝組合式的推移裝置，不再像以往一樣借助鄰架的力量，而是基于本支架進(jìn)行操作。當(dāng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行位移時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度設(shè)為θ，組合式推移裝置會(huì)產(chǎn)生推力，設(shè)為F，該推力的作用點(diǎn)在支架底座，底座另外一側(cè)的側(cè)邊為旋轉(zhuǎn)軸，推力的力臂為支架的寬度，設(shè)為D。此時(shí)，推動(dòng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩可計(jì)算為：

與傳統(tǒng)的調(diào)斜技術(shù)進(jìn)行比較，有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是傳統(tǒng)的調(diào)斜技術(shù)，由于受到液壓支架頂梁尺寸的約束，側(cè)護(hù)板的推移直徑和推移行程會(huì)受到相應(yīng)的影響，推移能力有限。而自主調(diào)斜技術(shù)下，側(cè)護(hù)板的推移直徑、行程均有較大的余量，可以通過增加推移裝置的推移缸直徑來實(shí)現(xiàn)。二是從協(xié)調(diào)控制的角度來看，傳統(tǒng)技術(shù)需要借助鄰架進(jìn)行操作，而自主調(diào)斜技術(shù)則不需要借助其他支架，操作流程明顯繼續(xù)縮短，效率得到有效提高。

3.2.2 液壓支架自主調(diào)偏技術(shù)的計(jì)算模型

在液壓支架底座的尾部安裝千斤頂，并增加由1個(gè)大座體和2個(gè)推移體組成的后調(diào)裝置，既可以獨(dú)立推移，又可以同步推移，共同對(duì)支架底座形成推力，實(shí)現(xiàn)自主調(diào)整。

在實(shí)施自主調(diào)偏操作時(shí)，千斤頂對(duì)支架產(chǎn)生推力，設(shè)為F，該推力的作用點(diǎn)在支架底座，而底座的重心為旋轉(zhuǎn)軸，支架寬度是該推力力矩的2 倍，在轉(zhuǎn)動(dòng)支架的過程中還需要考慮到摩擦力的影響，因此，支架轉(zhuǎn)動(dòng)的推力力矩可依公式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中：f 為摩擦力。

與傳統(tǒng)的調(diào)偏技術(shù)進(jìn)行比較，有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是現(xiàn)行的調(diào)偏技術(shù)，由于受到液壓支架底座尺寸的限制，在推移過程中推移能力有限，推移的直徑和行程距離都會(huì)受到相應(yīng)的影響。而自主調(diào)偏技術(shù)下，在支架底座尾部安裝推移缸，其直徑、行程均有較大的調(diào)整余量，可通過增加推移缸的直徑來提升推動(dòng)力，同時(shí)，由于推移缸可獨(dú)立操作，從而獲得了更高的調(diào)偏自由度。二是從協(xié)調(diào)控制的角度來看，自主調(diào)偏技術(shù)不需要借助其他支架，進(jìn)而得到了更快的操作流程和更高的調(diào)偏效率。

3.3 液壓支架底座調(diào)斜技術(shù)

液壓支架調(diào)斜裝置，安裝在支架底座上，以千斤頂為主要裝置，可單獨(dú)升降，也可相互配合操作，可以調(diào)整液壓支架前后、左右與上下的姿態(tài)位置。

在實(shí)施操作時(shí)，主要觀察支架的傾倒方向，哪側(cè)傾倒就調(diào)升哪側(cè)的裝置，當(dāng)液壓支架過山或退山時(shí)，分別升起支架底座一側(cè)的2個(gè)調(diào)斜裝置。在升起過程中，根據(jù)實(shí)際情況可配合降架操作，將支架調(diào)整到迎山接頂?shù)臓顟B(tài)。

3.4 液壓支架尾部調(diào)偏技術(shù)

液壓支架調(diào)偏裝置，安裝在支架底座尾部，主要由左右兩側(cè)的推移千斤頂為主要構(gòu)件，既可單獨(dú)推移，又可同步推移。

在移動(dòng)支架的時(shí)候，當(dāng)支架偏移到左側(cè)或右側(cè)時(shí)，可將支架底座尾部的千斤頂分別伸出，以底板為支撐點(diǎn)，推動(dòng)支架向左側(cè)或右側(cè)擺動(dòng)，進(jìn)而調(diào)正方向。如果支架不到位，可將千斤頂同時(shí)伸出，推移支架到位，排成直線。

4 工程應(yīng)用

某煤礦805 綜采工作面，長1000 m，傾斜159 m，儲(chǔ)煤量120 萬t，傾角從南到北處于21°～32°之間，平均28°，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。在回采過程中，上半段的支架經(jīng)常出現(xiàn)傾斜問題，調(diào)架困難，直接威脅到生產(chǎn)安全。基于此，利用自主調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)，安裝了相應(yīng)的調(diào)斜調(diào)偏裝置，調(diào)架工作變得簡便，效果明顯，性能穩(wěn)定，有效改善了工作環(huán)境。

5 結(jié)語

基于當(dāng)前支架調(diào)偏調(diào)斜技術(shù)的不足，本文結(jié)合力學(xué)原理探索分析了自主調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)的具體思路和模型計(jì)算，并通過某礦實(shí)踐應(yīng)用，驗(yàn)證了自主調(diào)斜調(diào)偏技術(shù)的控制實(shí)施效果。