煤礦綜采工作面液壓支架防倒調斜技術研究

路艷旗

摘? 要：當在液壓支架偏載載荷作用下，其底座的應力主要集中在液壓支架的主肋板上，高應力集中在底部和墊塊相連接的位置處，極易導致液壓支架底座的受力開裂，本文對煤礦綜采工作面液壓支架防倒調斜技術進行分析，以供參考.

關鍵詞：煤礦綜采;液壓支架;防倒調斜

引言

隨著煤炭綜采技術的不斷進步，煤炭綜采時的作業深度不斷增加，這就對井下綜采作業時的支護安全性提出了更高的要求。液壓支架作為井下支護的核心，其工作時的穩定性和安全性直接關系到了煤礦井下綜采作業的安全，特別是隨著井下充填綜采作業技術的不斷應用，綜采液壓支架的應用范圍不斷加大，給煤礦井下綜采作業的安全性提出了更高的要求。為了提升井下綜采作業的安全性，本文對液壓支架工作時底座受力情況進行分析，并對其進行仿真研究，針對性地提出了結構優化措施，在滿足支護結構強度要求的情況下極大地降低了底座的重量和制造成本，有效提升了支護作業時液壓支架的支護穩定性和收撤作業的效率，具有極大的應用推廣意義。

1概述

隨著對煤炭資源需求量的不斷增加，煤礦企業在開采煤炭過程中會采取更加高效的生產方式，其中大采高綜采的生產方式被煤礦企業逐漸接受并應用于實際生產中。大采高綜采的采煤方式需要更多的機械化設備作為保障，尤其是液壓支架在大采高綜采過程中所發揮的作用尤為關鍵。礦用液壓支架是由金屬結構和液壓元器件綜合組成的支撐設備，可以有效并安全地對工作面進行支撐，確保作業人員的安全，保障采煤過程的順利進行。根據對實際工作現場調研發現，隨著大采高工作面的加長，對液壓支架的工作性能有了更高的要求。液壓支架長期在惡劣的環境中工作，受到了疲勞循環載荷的作用，導致液壓支架的關鍵零部件出現變形甚至是斷裂。為此，本文以煤礦企業常用的ZY12000/28/64D型液壓支架為研究對象，結合工程實際載荷的施加情況，采用有限元分析法得到該型號液壓支架頂梁受到扭轉作用力后的整體應力分布規律及結構的薄弱環節，并根據仿真分析結果對液壓支架的薄弱結構進行優化，減小整體結構的應力集中，有效提高液壓支架的使用壽命。

2載荷特性

液壓支架和煤層的圍巖形成了相互作用力，在開采過程中圍巖的狀態變化決定著液壓支架所受載荷的變化。因此分析液壓支架所受載荷的特性主要是分析頂梁、掩護梁和底座所受載荷的變化規律。液壓支架處于惡劣的工作環境，所受到的載荷具有復雜性和隨機性，從實際工作的載荷分布來看分為對稱集中載荷和非對稱集中載荷，無論哪種載荷都是液壓支架頂梁所受到的載荷作用力。

3支架組智能控制系統

由于煤礦井下綜采面上的液壓支架數量通常達到100臺左右，考慮到控制一致性和支架狀態調節的可靠性，提出了分組調節控制的模式，每三個支架為一個控制小組，通過一個支架控制器進行控制，相鄰的兩組液壓支架可以相互控制，從而實現利用一個控制中心對所有支架進行控制的需求，為了確保控制的可靠性，所有的控制線路采用了雙回路模式，避免線路故障導致的支架組控制失效情況。支架的信息匯總層是指端頭支架控制器，主要用于接收各個支架控制器的數據信息，并對各個支架的運行狀態進行判斷，將數據進行處理后傳遞給地面上的監測層，同時將地面監測層傳遞過來的調整信息轉換后發給指定的支架控制器。該支架組控制系統，整體結構相對簡單，利用CAN數據總線作為信息傳遞中心，能夠滿足數據傳遞快速性和安全性的需求，可有效提升對支架組控制的安全性和及時性。

4液壓支架底座結構優化方案

由于液壓支架的底座主要是由上蓋板、下蓋板以及各種加強筋構成的一種箱膽式結構，因此將液壓支架底座的主筋板作為設計變量，將液壓支架的底座變形量、最大應力以及液壓支架的底座作為目標變量，通過對液壓支架底座上各設計變量對目標參數變化情況影響的敏感度的分析，可知液壓支架底座的應力、應變以及質量對于地質的主筋板厚度以及底座底板的厚度的影響最為敏感，因此根據液壓支架的支護可靠性研究，應以降低液壓支架底座支護時的最大應力為優先目標，然后分別降低底座的重量，減少底座的變形，按此設定自動優化分析后系統自動生成滿足設計要求的樣本參數。

5導致設備下滑的因素

采煤機如果循環割煤，據實際觀測，每班首先在機頭處割一刀，向下順著機尾推溜到拉架結束，這種循環可造成每排拉架前溜，下滑長度36mm;每班從機尾開始割一刀，支架沿著機頭往上拉架，這種循環造成的每排拉架前溜下滑距離是7mm。實踐得出，向斜構造導致底板斜面，是工作面出現設備前溜下滑的主導因素。采用調斜辦法可以消除這個問題，其原理為在割煤作業過程中，由于要實時接煤運輸，當割煤機將煤壁破除產生落煤后，拉架會順著采動而推溜支架工，推移產生的移近量不同，且每一個煤壁空間也不一樣大，所以前溜造成了不同的上、下層彎曲以及水平面，就會出現偏移。雖然偏移程度不大，但偏移后會產生分力作用，此分力在采煤機沿機尾處向機頭運動割刀時，主要作用在機頭;在采煤機沿機頭向機尾割刀時，就作用在機尾。某些下滑分力會被設備調斜過程產生的分力抵消，剩余的則影響設備的移近量以及下滑速度。

6支架防倒和調斜技術

6.1理論計算

在生產實踐中可以根據公式推導結果進行實際應用，當設備管理出現由于轉載機和前溜不合理的搭接導致的異常時，調整支架，把溜子距離推移，緩解前溜導致的下滑幅度。推溜拉架時若下滑現象很嚴重，可微調機頭與機尾的間距，進行校正。機頭和機尾相比，先割較長的那邊，然后在采煤機開始進行跑動以后，再進行拉架，使其回位，充分保證支架不會發生倒架或擠架的現象，并使工作面實現了“三平、一直、兩暢通”。

6.2采煤工藝的優化

調整原來機頭和機尾雙向采煤時使用的通排割刀方法，更改為單向采煤法，即“先機頭，再機尾”，具體流程是：調整機器的進刀方式，在開始作業前，先對機頭割一刀，等割刀完全跑透以后，再把到停回原來位置。這期間先不進行推溜，因為采煤機在復位時狀態是空刀，所以煤壁一側的截深僅僅是一刀，拉架推溜要等完全復位后。此時，割煤機進行二次啟動，對機頭處進刀以后，再向機尾處完成刀割。割煤機在移動過程中，拉架同步進行移溜，且機頭一直比機尾側超前。將這兩種不同的防滑措施相結合，可以適度調節轉載機搭接機頭的長度，此外，再配合調整機頭的高度，拉人前的溜底鏈可避免因轉載點的回頭煤數量之多造成的設備損壞。

結束語

針對大采高綜采液壓支架的實際工程應用情況，采用有限元分析法對液壓支架在頂梁受到扭轉作用載荷時的應力分布狀況進行分析。結合液壓支架在實際使用過程中的損壞修復方法、有限元計算的結果以及工程中對應力集中的處理方法，選擇加厚支架中頂梁前端筋板的厚度以減小應力集中，降低了頂梁的最大載荷應力值。有限元數值模擬分析結果顯示結構優化后提升了液壓支架在大采高綜采作業過程中的安全穩定性。

參考文獻

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