薄煤層液壓支架抬底裝置的研究與應用

中煤北京煤礦機械有限責任公司 北京 102400

0 引言

薄煤層綜采工作面的液壓支架主要功能就是支護，對于薄煤層支護設備保證可靠的支護能力需滿足以下幾點：1、具有足夠的安全系數；2、為了滿足三機配套要求，保證足夠的過機高度，一般采用薄梁體；3、具有足夠的行人空間；4、具有良好的移架能力。

以上幾點要求在支架梁體滿足三機配套要求的同時盡量將頂梁厚度加大，以獲得更高的安全系數。這就導致上、下梁體見空間較小，無法在設置常規的抬底機構的同時滿足支架最低高度。針對一些軟底板的煤層，支架必須設置可靠的抬底機構，才能保證支架能夠順利的移架。多年以來，各大煤機廠家都選擇了設置常規抬底機構，而只能在支架下井安裝完成后，升至使用高度再安裝抬底裝置。

為解決這個問題我們需要設計新型抬底機構，以解決薄煤層抬底機構的難題。

1 地質條件

羊市塔二礦5-1煤層：煤層自然厚度1.12～1.68 m，平均1.42 m。煤層可采厚度1.12～1.68 m，平均1.42 m，該煤層結構較簡單，無夾矸。頂底板巖性均為砂質泥巖、粉砂巖、泥巖等。

2 工作面參數

工作面長度235.5 m，推進方向長度約1200m，平均采高1.50 m，煤層傾角1°～3°。

2.1 煤巷為矩形斷面。巷道尺寸：①輔運順槽：寬×高=4.8 m×2.6 m，②主運順槽：寬×高=5.1 m×2.6 m。

2.2 工作面配套液壓支架型號

中部液壓支架：ZY6800/09/18

過渡液壓支架：ZYG6800/09/18

端頭液壓支架：ZYT6800/13/28

3 抬底機構的設計

羊市塔二礦5-1煤層底板為軟底板。由于一般支架底座前端比壓較大，很可能造成支架底座前端下陷，若不設置抬底機構，支架可能無法移架，若由推移千斤頂直接拉架，很可能造成結構件損壞，這就需要支架設置合理的抬底機構，以減小支架移架的摩擦力。

3.1 剪刀式抬底機構

3.1.1 剪刀式抬底機構原理說明 常規抬底機構的抬底力豎直向下，抬底千斤頂為豎直布置，由于薄煤層支架上下梁體間距離較小，故考慮通過杠桿機構將橫向力轉化為豎向抬底力，這樣就可以將抬底千斤頂采用橫向布置，在保證具有足夠抬底量的前提下，能夠滿足抬底機構可在支架任何高度狀態正常安裝和工作。

如圖1，支架移架完成后，可將抬底千斤頂伸至最長狀態，抬底頂架收回底座前過橋之上；

圖1 剪刀式抬底機構安裝圖

當需要抬底時，抬底千斤頂上腔進液，千斤頂收縮，當抬底頂架接觸推移桿時，底座開始抬起，如下圖：

如圖2，抬底千斤頂的收縮力作用在A點，對B點的力矩為M1=F1×L1；當抬底頂架接觸到推移桿時會對推移桿產生一個作用力F2，F2對B點的力矩為M2=F2×L2，且M2=M1；兩個抬底頂架對推移桿的作用力2×F2的反作用力2×F2x即為抬底機構產生的抬底力。

圖2 底座開始抬起狀態圖

如圖3，當2×F2x×L3＞G×L4時，即能實現抬底動作，配合推移千斤頂完成拉架動作。

圖3 支架整體抬底示意圖

3.1.2 優點：

A.抬底千斤頂采用左右橫向布置的型式，可保證有足夠千斤頂行程，從而保證支架具有足夠的抬底量。

B.常規型式的抬底機構一般布置在底座前過橋板后部，而該型式抬底機構布置在底座過橋前部，這就使的該抬底機構的抬底力力臂L3要大于常規型式的抬底機構，從而增大了抬底力矩。

C.抬底機構布置在底座過橋前部，便于井下拆裝和維修。

3.1.3 缺點：

A.該種抬底機構抬底力來源于抬底千斤頂的收力，而常規型式的抬底機構抬底力來源于抬底千斤頂的推移，若需要獲得相同的抬底力，剪刀式抬底機構需要的千斤頂缸徑較大。

B.由于抬底機構布置在底座過橋前方，而且相對于常規抬底機構所占用的縱向空間較大，故而占用了一定的行人空間。

3.2 滑道式抬底機構

3.2.1 滑道式抬底機構原理說明 滑道式抬底機構是在常規抬底機構基礎上改進而成的，將常規抬底頂架與底座的連接耳板鉸接孔由圓孔改為長孔。當抬底機構不工作時，可沿滑道自由落下至推移桿上方；在移架前需抬底時，將抬底油缸伸出，抬底頂架沿長孔滑動至極限位置后抬底油缸繼續伸出，從而實現抬底動作。

如圖4，抬底機構非工作狀態，可控制千斤頂收回，抬底頂架可以沿滑道落下，使得支架能降至最低狀態。由圖4可見，抬底頂架兩個固定耳板采用了長滑道的型式。

圖4 抬底機構非工作狀態

如圖5，當抬底頂架滑道滑至極限位置時，抬底千斤頂繼續伸出，抬底力作用在推移桿上，從而實現抬底動作，抬底量為L5。

圖5 抬底工作狀態示意圖

3.2.2 優點：

A.滑道式抬底機構布置于底座前過橋板后部，從而獲得底座前部較大的行人空間。

B.滑道式抬底機構抬底力來源于抬底千斤頂的推力，采用同樣缸徑的抬底千斤頂，相比剪刀式抬底機構可獲得更大的抬底力。

3.2.3 缺點：

A.雖然抬底頂架采用了滑道型式，但抬底頂架在使用狀態占據高度方向空間較大。

綜合考慮實際情況，在具有足夠抬底力的前提下，采用剪刀式抬底裝置。

4 應用情況

其中剪刀式抬底機構已經應用于匯能集團羊市塔煤礦和府谷萬泰明煤礦薄煤層支架ZY6800/09/18型液壓支架，滑道式抬底裝置已經應用于益民煤礦薄煤層支架ZY6800/09/18型液壓支架。兩種形式抬底機構在礦使用期間均得到用戶的一致認可，完全滿足礦方正常開采要求。