綜采工作面ZF8500 型液壓支架回撤裝置應(yīng)用分析

高小崗

（山西高河能源有限公司， 山西 長(zhǎng)治 046000）

1 液壓支架撤離技術(shù)分析

通常在綜采工作面進(jìn)入采掘收尾時(shí)，以及在皮帶輸送機(jī)和采煤機(jī)全部撤回后進(jìn)行液壓支撐。液壓支撐排空裝置的核心元件主要包括支撐部分、方向調(diào)整部分等。在撤退過(guò)程中，支撐部分主要是在撤回液壓支撐后完成支撐，方向調(diào)整部分主要是在撤回液壓支撐期間保持正確的撤退方向。其他運(yùn)動(dòng)部件在抽出過(guò)程中為液壓支架的運(yùn)動(dòng)和方向調(diào)整提供動(dòng)力。

2 液壓支架撤退設(shè)計(jì)

2.1 支撐部分

后退型液壓支架主要工作部位在系統(tǒng)內(nèi)的三角形區(qū)域，這一部分裝置主要是由伸縮梁、頂梁及其他必要構(gòu)成部分[1-2]。

1）確定支撐力的初始值。當(dāng)液壓支架在感受到頂板的壓迫作用時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)設(shè)定力，這個(gè)力的大小需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能大于其工作阻力。系統(tǒng)中初始設(shè)定力的值越大，越接近工作阻力，上升到工作阻力值所需要的時(shí)間就會(huì)大大縮小，支撐過(guò)程也會(huì)變得更加可靠，可更好地支撐工作面頂板。為了在設(shè)計(jì)過(guò)程中更好地保護(hù)可伸縮車頂結(jié)構(gòu)的完整性，通常將設(shè)定力的初始值控制在0.75 倍的工作阻力值左右。

2）高度調(diào)節(jié)。根據(jù)工作面的開(kāi)采高度，確定三角形區(qū)域中用于進(jìn)退的屏蔽液壓支架的高度調(diào)節(jié)范圍。煤礦綜采工作面的開(kāi)采高度一般在3 m 左右波動(dòng)。采礦結(jié)束時(shí)，采煤機(jī)的實(shí)際采礦高度一般會(huì)控制在3 m 以內(nèi)，可以看出，伸縮式盾構(gòu)支架的設(shè)計(jì)至少需要滿足實(shí)際高度要求。撤回裝置的最大支撐高度的計(jì)算可以通過(guò)公式Hmax=Mmax+S1完成。其中：Mmax代表所提取的綜采工作面巷道的縱向高度尺寸，而S1代表觸及到頂板時(shí)的最大厚度。如果處于完全跌落狀態(tài)，則表示該液壓支架的伸縮式保護(hù)蓋的最大高度已經(jīng)超過(guò)3 m 安全范圍。在液壓伸縮式保護(hù)罩支架的工作程序中，并沒(méi)有明確規(guī)定支架的最小調(diào)節(jié)高度。由相關(guān)書(shū)籍上查詢到的人機(jī)工程學(xué)的課本理論知識(shí)，再結(jié)合相關(guān)實(shí)際工作過(guò)程中的回撤情況，可以在一定程度上確定好支架的高度調(diào)節(jié)范圍并進(jìn)行鎖定，理論上幾乎滿足1～3 m 的區(qū)間[3-4]。

3）四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前的頂梁前端軌跡功能主要還是靠四連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也是三角伸縮式盾構(gòu)液壓支撐功能的重要保證。為了滿足伸縮式防護(hù)罩液壓支架對(duì)空間上的實(shí)際需求，將頂梁的前部移動(dòng)軌跡改成了雙線，進(jìn)而在一定程度上避免了工作中的干擾。四連桿機(jī)構(gòu)的具體關(guān)鍵參數(shù)為：當(dāng)支架從最大高度移動(dòng)到最低位置時(shí)，橫向的擺動(dòng)寬度小于30 mm；當(dāng)頂梁支架位于最高位置時(shí)，頂梁與屏蔽梁之間的角度在50°～60°之間。對(duì)于最低的工作位置要求，角度設(shè)計(jì)基本上可以忽略。

2.2 頂梁結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，三角形區(qū)域后退屏蔽式液壓支架有效增加了頂梁的實(shí)際支撐面積，完全可以支撐三角形區(qū)域，同時(shí)也保證了實(shí)施液壓支架后退過(guò)程中有更大的空間操作。通過(guò)模擬牽拉和移動(dòng)要撤回的液壓支架的移動(dòng)過(guò)程，可以確定縮回的屏蔽支架的頂梁長(zhǎng)度在100 mm 以內(nèi)，但不小于40 mm。由于伸縮梁也需要加長(zhǎng)，因此重新設(shè)計(jì)了伸縮梁在頂梁上的導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽的總長(zhǎng)度為50 mm 左右。頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)下頁(yè)圖1[5]。

2.3 伸縮梁結(jié)構(gòu)

在液壓支架縮回進(jìn)程完成后，裸露的頂板長(zhǎng)度與液壓支架之間的工作距離密切相關(guān)。待撤離的液壓支架之間的當(dāng)前距離約為1.5 m，這個(gè)數(shù)值在伸縮梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中需要考慮最大的行程才能滿足上面的要求確保可以安全撤離。遵循屋頂位置的可靠支撐，以免發(fā)生屋頂墜落事故。與傳統(tǒng)的液壓支架伸縮梁相比，三角形伸縮盾構(gòu)液壓支架因伸縮梁的增加而不可避免地致使其端部出現(xiàn)強(qiáng)度和剛度性能降低的問(wèn)題。因而為了確保端部支架有足夠的承載能力，在設(shè)計(jì)中采取了延長(zhǎng)留在頂梁腔中的伸縮梁的長(zhǎng)度。該伸縮光束的整體長(zhǎng)度接近3 m，演示過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖1 頂梁結(jié)構(gòu)

圖2 加強(qiáng)伸縮梁結(jié)構(gòu)

2.4 遷移過(guò)程

為了滿足快速移動(dòng)框架以及快速移動(dòng)和撤離平臺(tái)的要求，三角形區(qū)域可伸縮防護(hù)液壓支架將推動(dòng)機(jī)構(gòu)的最大行程設(shè)計(jì)仍然保持在1.5 m 左右，這種被設(shè)計(jì)為前后結(jié)構(gòu)模式的零件，便于在地下安裝和運(yùn)輸推動(dòng)機(jī)構(gòu)。如圖3 所示，給出了一種伸縮式盾構(gòu)支撐移動(dòng)機(jī)械的示意圖，該機(jī)械主要由移動(dòng)千斤頂、移動(dòng)桿的前部和移動(dòng)桿的后部組成。在推動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程中產(chǎn)生的推力完成了支撐構(gòu)件的拉動(dòng)和移動(dòng)，并且所產(chǎn)生的拉力用于調(diào)節(jié)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)方向。

圖3 回撤掩護(hù)式支架推移機(jī)示意圖

2.5 水平推網(wǎng)機(jī)制

排空后部液壓支架后形成的三角形無(wú)支架區(qū)域是最危險(xiǎn)的。一旦屋頂?shù)顾吠藢⒉粫?huì)成功完成。在此基礎(chǔ)上，為三角形盾構(gòu)液壓支撐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了特殊的橫向驅(qū)動(dòng)力，如圖4 所示。橫向推力機(jī)構(gòu)的主體部分和支撐基座的側(cè)面通過(guò)鉸鏈鉸接在一起，通過(guò)與千斤頂配合，可以完成主體部分與地面之間的角度和方向的調(diào)整。同時(shí)，為了保證角度和方向的調(diào)整范圍，嚴(yán)格控制千斤頂伸縮部分的行程，設(shè)計(jì)值控制在1 m 開(kāi)外。

3 調(diào)整零件

圖4 推網(wǎng)機(jī)構(gòu)示意圖

圖5 調(diào)向部分示意圖

液壓支撐撤退裝置的方向調(diào)節(jié)部分的結(jié)構(gòu)如圖5 所示，包括提升斜面、方向盤(pán)輪轂、方向調(diào)節(jié)滑輪組1、方向調(diào)節(jié)滑輪組2 和方向調(diào)節(jié)千斤頂。提升了方向調(diào)節(jié)部分的承載能力，并增加了主體和頂板之間的接觸面積。與此同時(shí)，將更加方便使要撤回的支架快速移動(dòng)到平臺(tái)的中心。旋轉(zhuǎn)工作時(shí)對(duì)于要收回的支架，轉(zhuǎn)向千斤頂提供拉動(dòng)和轉(zhuǎn)向的驅(qū)動(dòng)力，轉(zhuǎn)向凸臺(tái)圍繞凸臺(tái)完成。轉(zhuǎn)向滑輪組1 和轉(zhuǎn)向滑輪組2的組合使用可以完成待拉出的液壓支架的轉(zhuǎn)向功能，并實(shí)現(xiàn)待拉出的液壓支架的直角方向轉(zhuǎn)變。

4 應(yīng)用效果評(píng)估

根據(jù)綜采工作面液壓支架抽采裝置設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，完成工程圖的制圖、加工和制造。為了驗(yàn)證設(shè)備的設(shè)計(jì)效果，撤回了ZF8500 液壓支架，以使用完整的采煤工作面。應(yīng)用結(jié)果表明，液壓支架縮回裝置可以完成ZF8500 液壓支架的縮回功能，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不會(huì)產(chǎn)生干擾。與原始的ZF8500 液壓支撐拉拔裝置相比，該液壓支撐拉拔裝置可以實(shí)現(xiàn)三角形區(qū)域的支撐，而不會(huì)引起頂板的塌陷和液壓支撐的壓縮損壞。據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，新型液壓支架疏散裝置的應(yīng)用使液壓支架的重用率大大提高，節(jié)約了煤礦的開(kāi)采成本，每年可以多創(chuàng)造一百多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。