張嚴敬 石 虎 劉祥彬

（山東能源重裝集團魯南裝備制造有限公司，山東 棗莊 277521）

1 概述

魯南裝備公司承攬了陜西紅柳林煤礦超前支架加工制造任務，針對淺埋深、薄基巖頂板、厚沖積巖覆蓋及煤層致密堅硬的地質條件，按紅柳林煤礦24201工作面設備配套要求設計巷道超前支架組，研發(fā)適應巷道錨索支護、不平整等情況自移式巷道超前支架，與同類型支架相比，具有適應性強、可靠性高、結構緊湊、支護能力大、操作方便、移架速度快等特點。

2 基本設計方法及原則

（1）應用“液壓支架參數優(yōu)化程序”進行支架結構參數化設計。

（2）應用“液壓支架參數化、可視化、動態(tài)受力分析程序”對支架進行全程動態(tài)受力分析。

（3）主要結構件、主要連接件計算機綜合強度校核。

（4）針對煤層賦存條件，保證性能上可靠，結構上合理，使用方便，技術經濟性效益好，并兼顧技術上先進性。

3 超前支架主要參數確定

（1）高度確定。由于超前支架體積比較大，運輸時要解體，因此，對超前支架最低高度要求不嚴格，僅考慮實際使用高度，即滿足控頂、通風、運輸、行人及與工作面支架及其巷道的高度等配套關系。所以調高幅度可以在一個較小的范圍內變化。

（2）寬度確定。主要指頂梁寬度，頂梁寬度應能適應回采巷道上寬的需要，在巷道內留有適當間隙（一般應為200mm左右）的前提下，盡量增大其支護面積。在設計時，為適應回采巷道寬度的變化，保證端頭支架順利前移，頂梁一般設計成前窄后寬的楔形。

（3）支護強度確定。液壓支架的支護強度主要取決于工作面頂板條件、煤層埋藏深度和采高等因素，由于該工作面頂板條件較好、埋藏較淺，考慮支護強度系數，確定需要的支護強度較大。

（4） 工作阻力計算。超前支護基本是在順槽內，支架的支護強度確定后，可以不考慮空頂距（Lk=0），計算超前支架組的工作阻力。

4 支架穩(wěn)定性

支架穩(wěn)定機構主要作用是保證支架組的縱向和橫向穩(wěn)定性；承受和傳遞外載；保持支架的整體剛度、確保支架穩(wěn)定的措施。

（1）減小四連桿機構銷孔間隙，可以有效減小頂梁的偏擺量，提高支架的穩(wěn)定性。根據計算，當間隙為1.5mm時，采高4.5m時的頂梁最大偏擺量可達到104mm，當間隙設計為0.85mm時，最大偏擺量可降到55mm。減小銷孔間隙增加了加工的難度，但根據目前國內的加工水平，完全能夠實現。為了減小四連桿機構的銷孔間隙，孔尺寸設計為Φ118H11（0.22，0），軸設計為Φ117.5H10（0，-0.14），以保證四連桿機構的銷孔間隙在0.5～0.86mm之間變化。

（2）控制鉸接處的橫向配合間隙，也可以有效減小頂梁的偏擺量，提高支架的穩(wěn)定性。為了保證四連桿機構連接處的橫向間隙不超過8mm，在名義間隙設計為8mm的前提下，檔寬公差設計為（0，-1），耳座寬度公差設計為（1，0），以保證四連桿機構連接處的橫向間隙在6～8mm范圍內變化。

（3）提高結構件的剛度，主要結構采用Q550、Q690低合金高強度板。

（4）增大調架能力，有利于提高支架的穩(wěn)定性，兩架之間通過調架千斤頂連接，千斤頂缸徑選擇Φ125，移架時可通過控制系統(tǒng)使調架千斤頂同時供液，以保證支架移架時的穩(wěn)定性。

5 超前支架對巷道的適應能力

對于兩架一組的中置式超前支架，整架均放置在巷道內，架體應有適應巷道尺寸變化的能力，才能充分發(fā)揮超前支架的作用。由于超前支架縱向長度較長，在拉架過程中易歪斜造成移架困難，為此，頂梁應設置數組調架裝置，包括連接頭、調架千斤頂等。

紅柳林煤礦24201工作面埋深淺，位于陜北侏羅紀煤田東部，且軌道順槽為沿空順槽，綜合因素使工作面巷道頂板壓力加大，超前支架工作阻力的增大必然增加支架重量，必須加大推移千斤頂缸徑，選用缸徑為Φ230mm的推移千斤頂，并且在推移千斤頂一端連接十字連接頭，增強超前支架對嚴重變形巷道的適應性。

6 超前支架主要技術參數

超前支架主要技術參數見表1。

表1 超前支架主要技術參數表

7 超前支架主要結構特點

ZTC20580/22/45型超前支架的結構特點如下：

（1）回風順槽布置三組超前支架，每組超前支架支護長度約7m，三組超前支架支護，總長度約22m，適用巷道斷面為高×寬=2600mm×5200mm。

（2）為保證支架的穩(wěn)定性，支架的穩(wěn)定機構設計為小間隙剛性四連桿機構，結構穩(wěn)定可靠。

（3）每組超前支架左右架頂梁通過銷軸、連接頭、連接橫梁相連接。

（4）頂梁內側設有護頂板，靠近綜采工作面的一組超前支架頂梁安裝護幫板。

（5）每組支架左右架底座通過銷軸、連接梁連接為一體，左右底座之間寬度約3000mm。

（6）前后組超前支架底座通過推移千斤頂、連接頭相連，實現邁步交替自移；每次移架步距1900mm，推移步距滿足割兩刀煤移一次支架的要求。

8 結論

本項目適用于巷道頂板壓力大、斷面面積大、巷道變形量大的巷道超前支護，尤其適應巷道頂板進行過錨固的不平整巷道頂板情況。支架每個頂梁上方設有六個凸臺，使支架前移時盡量避讓開錨桿，保護錨桿不受損壞，還可以減少超前支架對巷道頂板的反復支撐次數，有利于巷道頂板的維護，保證工作面安全生產。