李 冬

ZY6000/24/50型大采高掩護式液壓支架的研制

李 冬①

(山西焦煤西山煤電集團公司機電總廠)

介紹了為滿足厚煤層開采需要而設計生產的大采高液壓支架的技術要求、技術參數、主要機構的設計,分析了支架設計的創(chuàng)新點和市場前景。

大采高;液壓支架;設計;技術要求

液壓支架是綜采工作面的核心設備,它擔負著控制管理頂板、維護正常工作空間、推移工作面設備、保護人員及設備安全的重要任務,是現代煤礦實現采煤、運輸和支護等所有工序全部機械化的重要環(huán)節(jié),它的適應性和可靠性是決定綜采設備成敗的關鍵因素之一。

ZY6000/24/50型掩護式液壓支架是為滿足厚煤層開采需要而設計生產的大采高液壓支架。大采高液壓支架用于一次采全高工作面,是一種經濟合理的綜采支護設備,一次采全高減少了巷道掘進和工作面鋪網等工作量,降低了開采成本,提高了資源回收率,同時,大采高提高了單刀割煤量,為提高工作面生產能力創(chuàng)造了條件。

1 大采高液壓支架設計的技術要求

大采高液壓支架設計的重要技術要求是應保證支架的穩(wěn)定性和對大采高煤層的適應性。因此,大采高支架設計應滿足以下技術要求：

1)支架四連桿機構與銷孔配合間隙是影響支架橫向穩(wěn)定性的重要因素。因此,根據目前工藝水平,要求四連桿機構銷軸與銷孔最大間隙小于1.7 mm。在空載條件下,支架處于最大高度時,頂梁水平狀態(tài)相對底座中心線最大偏移量應小于80 mm。

2)大采高液壓支架必須設置防倒調架裝置或預留連接耳座。

3)大采高液壓支架一般應設置可調的頂梁和掩護梁活動側護板,側推力應大于支架重力。側護板彈簧筒應有足夠的推力,以保證大采高支架受橫向水平力時保持相鄰頂梁之間的正常距離。

4)大采高液壓支架應設置底座調架機構。

5)當支架最大高度大于4.5 m時,在礦井運輸和配套條件允許的情況下,在底座寬度保證移架時不咬架的前提下,應盡可能加寬底座寬度,以提高支架的橫向穩(wěn)定性。底座寬度一般為中心距減去100～150 mm。

6)大采高支架必須設置護幫裝置,護幫高度不小于800 mm。必要時可設置二級護幫板,最大護幫高度可達2 m以上。

2 液壓支架總體設計

根據大采高液壓支架的設計要求,在總結國內外綜采技術成果,分析研究各種大采高掩護式支架特點和使用經驗的基礎上,研制出了ZY6000/24/50新型大采高掩護式液壓支架。液壓支架型號含義見圖1。

圖1 液壓支架型號示意圖

1)液壓支架主要技術參數及配套

型式：兩柱掩護式液壓支架

高 度(最低/最高)：2 400/5 000 mm

寬 度(最小/最大)：1 430/1 600 mm

中心距：1 500 mm

初 撐 力(P=31.5 MPa)：5 064 k N

工作阻力(P=37.3 MPa)：6 000 k N

對底板比壓(平均)：1.94 MPa

支護強度：(平均)：0.8～0.84 MPa

泵站壓力：31.5 MPa

操作方式：本架手動控制

配套設備：

M G500/1140-GWD型電牽引采煤機

SGZ-900/1050型刮板輸送機

2)液壓支架主要機構及其設計。ZY6000/24/50型掩護式液壓支架主要由一、二級護幫板、頂梁、頂梁側護板、掩護梁、掩護梁側護板、底座、前后連桿、推移桿、液壓系統、立柱、各種千斤頂等組成。其機構與配套設備見圖2。

圖2 支架機構與配套設備示意圖

a)護幫板。由于支架的最大高度為5 m,為了能對煤壁進行及時支護,有效抑制架前片幫,在支架的頂梁上設有一級護幫板和二級護幫板,一級護幫高度為1 245 mm,最大護幫高度為1 905 mm。b)頂梁。為了適應軟頂板,支架頂梁應盡可能短,頂梁短,可以減少對頂板反復支撐次數,減輕其破碎度,使頂梁不易冒空。本支架頂梁采用鋼板拼焊箱形變斷面結構。4條主筋形成整個頂梁外形,為了提高頂梁前端的支頂能力,頂梁前端上翹55 mm。c)掩護梁。在掩護梁的設計中,掩護梁長度和夾角的設計十分重要,首先要具有調整頂梁上合力作用點位置的能力,還要考慮掩護梁上要堆積一定量矸石,以求調整底板比壓,同時也要考慮掩護梁上滑矸的能力。本支架的掩護梁為整體箱形變斷面結構,用鋼板拼焊而成,為保證掩護梁有足夠的強度,在它與頂梁、前后連桿連接部位都焊有加強板,在相應的危險斷面和危險焊縫處也都有加強板。d)側護板。設置側護板,可提高支架掩護和防矸性能,操作側推千斤頂,用側護板調架,對支架防倒有一定作用。本支架頂梁和掩護梁設有單側活動側護板,頂梁和掩護梁活動側護板分別由2個彈簧套筒和2個千斤頂控制。彈簧套筒是由導桿、彈簧組成,側護板是由鋼板直角對焊的結構。e)底座。底座是支架的基礎,必須具有足夠的強度和剛度,底座還起傳力作用,合力作用點位置對支架性能尤為重要,因為它決定底板比壓的分布規(guī)律。減少底座前端對底板的比壓是底座設計的重要之處。本支架底座為分體式底座,四條主筋形成左右兩個立柱安裝空間,中間通過前端大過橋、后部箱形結構把左右兩部分連為一體,具有很高的強度和剛度。f)前、后連桿。前、后連桿上下分別與掩護梁和底座鉸接,共同形成四連桿機構,前、后連桿的結構形式可以是整體,也可以是分體。本支架前、后連桿均為分體式雙連桿,為鋼板焊結的箱形結構,這種結構不但有很強的抗拉抗壓性能,而且有很強的抗扭性能。g)推移機構。支架的推移機構包括：推移桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等組成,主要作用是推移運輸機和拉架,本支架采用整體箱形長推桿結構,結構強度高。

4)本支架設計主要創(chuàng)新點。

a)控頂距小,頂梁較短,對頂板的反復支撐次數少,減少了對直接頂板的破壞。b)頂梁和底座較短,穩(wěn)定性較好,便于運輸、安裝和拆卸。c)本支架頂梁設計有輔助柱帽,在支架下井運往工作面運輸過程中,把立柱從頂梁柱窩中取出,放入前端輔助柱帽中,可使液壓支架最低高度降到2 000 mm,更方便了支架下井運輸。支架運輸狀態(tài)示意圖見圖3。d)采用長推桿機構,充分發(fā)揮了推移千斤頂的能力,而且確保了推移桿的可靠性。e)為了在軟底板條件下支架能正常行走,且盡可能減少底板比壓,本支架在設計時,增加了抬底裝置。抬底裝置采用壓推移桿式提底座裝置,即如果支架底座前端出現扎底,在移架時,利用抬底千斤頂將支架抬起,從而減小移架阻力。抬底裝置機構見圖4。

圖3 支架運輸狀態(tài)示意圖

圖4 抬底裝置機構示意圖

f)支架的頂梁帶有一級護幫板和二級護幫板,能對煤幫進行及時支護,有效抑制架前片幫。

我國是世界上厚煤儲量最大的國家之一,在全國統配煤礦中,厚度在3.5 m以上的煤層約占總儲量的43%。山西 、山東、河北、河南、遼寧、內蒙等礦區(qū),平均厚度 3.5～ 5 m的煤層為主采煤層,ZY6000/24/50型液壓支架特別適宜于對該類煤層的開采,具有廣闊的的市場前景。

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1672-0652(2010)增刊 -0063-02

李 冬 男 1981年出生 2005年結業(yè)于太原理工大學 助理工程師 太原 030053

2010-03-31