摘 要：文章通過對ZZ6000/18/38型新型液壓支架的結(jié)構(gòu)分析，闡述了同煤集團(tuán)山西組煤田石炭系開采工作面液壓支架的選型、設(shè)計方向的相關(guān)結(jié)構(gòu)問題，為同煤集團(tuán)所屬煤田開采的延伸工作提供了可靠的實踐依據(jù)，也為我們在石炭系煤層選型液壓支架方面提供了一套合理的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：石炭系；液壓支架；結(jié)構(gòu)選型；研發(fā)設(shè)計

前言

現(xiàn)今大同煤礦集團(tuán)已初步構(gòu)建成跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨所有制的億噸級煤炭集團(tuán)，而且侏羅系煤層儲存的逐漸減少，下部石炭系煤層賦存豐富開采能力，研究大同煤田石炭系煤層的開采支護(hù)成為了同煤集團(tuán)能否持續(xù)均衡地科學(xué)發(fā)展的重大課題。隨著老礦工作面的延伸，煤層地質(zhì)條件發(fā)生了巨大的變化，從頂、底板堅硬且煤層發(fā)育相對穩(wěn)定的侏羅系煤層延伸到了頂?shù)装逵捕鹊颓颐簩影l(fā)育極不穩(wěn)定的石炭系煤層，制造這種條件下的采煤支護(hù)設(shè)備就成為煤機制造行業(yè)的一項重要課題。

為此，在總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)煤層液壓支架制造使用經(jīng)驗后，重點研究大同煤礦集團(tuán)燕子山礦ZZ6000/18/38型液壓支架在石炭系煤層的研發(fā)制造和實踐應(yīng)用。

1 石炭系液壓支架的使用特點

燕子山礦ZZ6000/17/37型支架的實踐證明：

（1）支架的工作特征。底板起伏不平，支架底座接底狀況很差，偏載狀況嚴(yán)重，使得四連桿機構(gòu)縱向受力時左時右，構(gòu)件受側(cè)向力沖擊較大；放頂前支架工作阻力普遍呈增阻狀態(tài)，而且增阻幅度主要是前柱大于后柱；放頂后支架的工作阻力普遍下降，但下降幅度后柱大于前柱；底板橫向起伏，造成梁端距控制比較困難。（2）支架的承載狀況。采煤放頂過程時，后部出現(xiàn)空洞，前立柱受上部煤巖的壓力影響，阻力普遍大于后立柱，前后立柱阻力差值一般為3～18MPa。而后立柱在放頂時，受垮落頂板煤巖的沖擊，造成前后立柱循環(huán)阻力變化較大，變化值一般在1～20MPa之間，待放頂結(jié)束10-30min之后立柱阻力逐漸增大，一般升高值10-18MPa，后部受拉狀態(tài)占整個開采過程的20%左右。而且，底板起伏原因，支架側(cè)向交替受力較明顯，出現(xiàn)四連桿偏向交替受力，甚至將底座主筋拉斷或切斷前后連桿與底座的鉸接銷軸，側(cè)向受力交替值一般在-11MPa～+23MPa之間（-號為壓力，+號為拉力）。（3）石炭系采區(qū)的頂板一般為砂質(zhì)頁巖、泥巖、粉砂巖等，頂板比較松軟，較易垮落，且厚度極度不均勻，放頂?shù)膭偠龋ê穸龋┳兓瘜χЪ芮昂罅⒅某休d產(chǎn)生影響。隨著放頂厚度的增大，其剛度減??；隨著放頂強度的增大，其剛度增大，這種變化無疑對支架的承載產(chǎn)生影響，尤其是支架前后柱阻力的影響。（4）由于支架支撐高度較大，各部件用銷軸連接，銷軸與孔之間存在軸向間隙，即使在水平的工作條件下，也會產(chǎn)生支架歪斜、扭轉(zhuǎn)。而石炭系煤層底板起伏較大，造成支架橫向不穩(wěn)定現(xiàn)象。[1]（5）通常在采煤過程中，梁端距變化比較大，大同地區(qū)中厚煤層支架的梁端距一般在400～500mm之間，割煤后，移架前，水平開采條件下，支架梁端距增加到1000～1300mm之間，這部分頂板得不到支護(hù)，容易產(chǎn)生冒頂，威脅工作面設(shè)備和人員的安全。因此，采煤過程中應(yīng)該盡可能地支護(hù)這一部分裸露的頂板，采取及時支護(hù)措施。采煤機發(fā)生仰采時，采煤機的滾筒就有可能割支架的頂梁；俯采時，采煤機滾筒呈現(xiàn)前赴狀態(tài)，梁端距可能會增大，有時甚至達(dá)到1800mm左右，給支護(hù)帶來更大的困難，甚至使支架出現(xiàn)失穩(wěn)，呈現(xiàn)前栽頭趨勢。

2 支架設(shè)計采取的措施

（1）為了解決四連桿側(cè)向、交替受力，易損壞構(gòu)件的現(xiàn)象，a.支架一般采用雙前連桿，后連桿采用整體式雙鉸接結(jié)構(gòu)，以便增加四連桿受力均衡，提高四連桿結(jié)構(gòu)強度；b.支架頂梁、掩護(hù)梁增設(shè)強力活動側(cè)護(hù)板，調(diào)整與鄰架間正常距離；c.盡量增加底座寬度及底座結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；d.增加支架結(jié)構(gòu)件及連接耳板的厚度及強度，保證橫向歪斜時的抗扭性能；e.四連桿機構(gòu)之間的孔軸配合間隙不超過0.75mm[1]；f.增加底座長度，降低對底板比壓，同時，提高底座主筋的抗拉斷面，增強其抗拉強度；g.調(diào)整掩護(hù)梁背板與水平面的夾角，一般在支架最大支護(hù)高度時夾角52°～62°為宜。[4]提高掩護(hù)梁的抗扭性能；h.調(diào)整支架最大高度時后連桿與水平夾角，一般為75°～85°，從力學(xué)的角度提高后連桿的抗扭能力。（2）為了解決前后立柱阻力不均勻，甚至出現(xiàn)拔后柱現(xiàn)象，a.支架頂梁設(shè)計為帶鉸接前梁的結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)提高支架頂梁部位的讓壓功能。b.四連桿機構(gòu)設(shè)計時，優(yōu)化其參數(shù)，將支架降低時頂梁垂直方向行程的運動雙紐線呈前突狀態(tài)，使頂梁對頂板煤巖的作用分力指向煤壁，防止梁端部位頂板下沉或者冒落。c.增大支架四連桿運動瞬心點O與支架水平距離，提高支架前后部受力的均衡度，減小拔后柱力矩。d.合理布置頂梁前后柱帽中心距，前立柱柱帽位置應(yīng)盡量前移，增大支架頂梁受外載時的平衡區(qū)域，提高支架前后部受力的均衡度。e.支架選型設(shè)計時，適當(dāng)將支架的支護(hù)阻力提高，增強支架對頂板來壓特性的適應(yīng)能力，減少頂梁合力前移的現(xiàn)象，預(yù)防前部受力，后立柱受拉。（3）提高支架抗沖擊能力，應(yīng)采取以下措施：a.選用1000L/min的大流量安全閥，保證泄壓速度，提高立柱抗沖擊能力[3]；b.對受沖擊載荷較多的放頂煤支架后立柱增加缸筒壁厚，提高抗沖擊能力；c.后立柱改實心活柱為空心活柱，使缸筒與活柱空心腔相通，增加沖擊時液體緩沖能力；d.增大管路回液能力，設(shè)計回液出口時一般比進(jìn)液口小一個流量等級（按照每分鐘流量），甚至要與進(jìn)液口相同，減少液體流動阻力，盡量增大緩沖能力。（4）為了提高支護(hù)效率，防止梁端部位頂板冒落，控制好梁端距，應(yīng)采取以下措施：a.采用伸縮功能的頂梁結(jié)構(gòu)，割煤后及時伸出，支護(hù)頂板，防止冒落[2]；b.盡量改善護(hù)幫板的護(hù)幫和臨時支護(hù)功能，要求護(hù)幫板完全伸開時，能夠伸平甚至上翹5°，及時支護(hù)頂板[5]。

3 結(jié)束語

經(jīng)過幾年的研究分析與總結(jié)，老結(jié)構(gòu)的液壓支架已經(jīng)不能夠適應(yīng)同煤集團(tuán)石炭系煤層的開采支護(hù)。因此，新結(jié)構(gòu)液壓支架的開發(fā)迫在眉睫。新研制的ZZ6000/18/38型液壓支架在同煤集團(tuán)燕子山礦投產(chǎn)運行后，很好地適應(yīng)了石炭系煤層的開采工作，且穩(wěn)定性好。不僅適應(yīng)了該礦石炭系煤層的開采，也為在全新的地質(zhì)條件下液壓支架的選型提供了可靠的依據(jù)，保證了現(xiàn)代煤礦綜采高產(chǎn)高效，快速推進(jìn)的要求。

參考文獻(xiàn)

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[5]趙宏珠.采煤工作面液壓支架設(shè)計[M].北京：世界圖書出版社，1987：97.

作者簡介：李大慶（1977，7-），男，山西五臺，工程師，本科，研究方向：煤礦機械設(shè)計及制造方面。