宋新喜

(同煤國電同忻煤礦，山西 大同 037001)

0 引言

大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司下屬有多個可采儲量豐富，煤層厚度普遍在10～20 m左右的千萬噸級礦井，這些礦井擁有非常先進(jìn)的開采技術(shù)、完善的設(shè)備配置，是現(xiàn)代化的特大型礦井。對于高效高產(chǎn)的特大型礦井來說，工作面液壓支架的合理性和可靠性是非常重要的一個因素[1-3]。ZF15000/27.5/42型放頂煤液壓支架支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到15 000 kN，強(qiáng)度為1.46 MPa，能夠很好的應(yīng)用于特厚煤層放頂煤開采工作面。同忻煤礦8207工作面配備使用了該型號的液壓支架。

但是，在使用過程中尾梁千斤頂頻繁出現(xiàn)故障，并發(fā)生損壞嚴(yán)重的現(xiàn)象。針對這一情況，通過多次調(diào)研和跟蹤，了解一線實(shí)際情況，對ZF15000/27.5/42液壓支架尾梁改造方法進(jìn)行了研究。

1 8207工作面情況概述

同忻煤礦是同煤集團(tuán)2006年建設(shè)的現(xiàn)代化特大型煤礦，8207工作面煤層賦存約486萬t，主采煤層是石炭系3#～5#煤層。工作面主要參數(shù)見表1。

8207工作面采用單一走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤開采的采煤方法，為了對頂煤進(jìn)行安全有效回收，初期采用多輪分層順序放煤，頂煤完全垮落以后，再按一刀一放多輪分層順序放煤，頂板管理方式為自然垮落。如有大塊煤卡在放煤口導(dǎo)致放煤效果受到不良影響時，則需要反復(fù)動作液壓支架尾梁，或者利用插板，對大塊煤進(jìn)行破碎；如果頂板存在大塊矸石的話，則需要及時伸出后尾梁插板，關(guān)閉放煤口，停止放煤工作，避免矸石混入煤中。

表1 8207工作面主要參數(shù)

1.1 初次放頂煤方法

采用“多輪分層順序”放頂煤開采，位置是從3#支架到123#支架，相鄰兩個放煤工相互間距離為6#～7#架支架。因?yàn)轫敯宄跗趬毫^小，破碎度較低，所以不易冒落，因此放煤時需要多次擺動后尾梁而且重復(fù)折返，直到放煤效果達(dá)到最佳情況[4]。當(dāng)工作面頂煤能夠全部自然垮落時，開始正常循環(huán)放煤操作。

1.2 正常放頂煤方法

正常放煤按照“一刀一放”循環(huán)作業(yè)，方式依然采用“多輪分層順序”，相鄰兩個放煤工相互間距為6#～7#架支架，通過循環(huán)作業(yè)將頂煤放凈為止，直到見矸關(guān)門。

2 ZF15000/27.5/42型支架尾梁損壞分析

2.1 ZF15000/27.5/42型支架特點(diǎn)

ZF15000/27.5/42型支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架主要由護(hù)幫板、側(cè)護(hù)板、連桿、伸縮梁、托梁、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、尾梁、插板、底座等金屬結(jié)構(gòu)件，連接銷軸、連接頭等連接件以及各類控制元件等部分組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要參數(shù)見表2。

圖1 ZF15000/27.5/42液壓支架結(jié)構(gòu)示意圖

采用該支架進(jìn)行放頂煤開采具有一定的優(yōu)點(diǎn)。首先，ZF15000/27.5/42放頂煤支架高效可靠；后部輸送機(jī)過煤高度高，提高了運(yùn)輸大塊煤的能力；尾梁向上向下回轉(zhuǎn)角度大，提高了破碎大塊煤的能力，改善了放煤效果；尾梁—插板部分選擇小尾梁—插板和Ⅴ型槽結(jié)構(gòu)，確保了運(yùn)動的靈活性。其次，垮落的頂煤通過尾梁后部到達(dá)后輸送機(jī)，確保了工作人員和后輸送機(jī)工作空間的安全性。

2.2 ZF15000/27.5/42型支架尾梁損壞原因

ZF15000/27.5/42液壓支架尾梁上部和掩護(hù)梁鉸接在一起，利用兩個尾梁千斤頂支撐，當(dāng)支架前移，垮落的頂煤和頂板會直接作用在尾梁上，因此，尾梁是實(shí)現(xiàn)支架掩護(hù)和放頂煤的重要部件之一[5]。尾梁是由鋼板焊接而成的完整箱型結(jié)構(gòu)，前部有插板千斤頂耳座，后部有尾梁千斤頂耳座，內(nèi)部還留有插板位置。其尾梁千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，主要參數(shù)見表3。

通過對多次深入現(xiàn)場一線，觀察和跟蹤支架情況，發(fā)現(xiàn)尾梁千斤頂?shù)膿p壞主要表現(xiàn)為漏液。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)漏液的主要原因?yàn)椋菏紫?，在放頂煤過程中，液壓支架尾梁千斤頂反復(fù)動作，其尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U向液壓支架外側(cè)伸出時易遭受到液壓支架外側(cè)掉落的煤塊、石塊等的撞擊而導(dǎo)致其鍍鉻表面被碰傷、砸傷；其次，當(dāng)尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U在收回時，其被碰傷部位就會劃傷千斤頂?shù)拿芊馊?，從而使尾梁千斤頂發(fā)生漏液。

表3 ZF15000/27.5/42液壓支架尾梁千斤頂主要參數(shù)

3 ZF15000/27.5/42型支架尾梁改造方法

3.1 尾梁改造方案

通過對尾梁千斤頂發(fā)生漏液現(xiàn)象原因的分析，就可以進(jìn)行針對性的改進(jìn)研究。排除該故障的主要方法是防止尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U在伸出期間遭受煤塊、石塊等的撞擊。

通過綜合考慮同忻煤礦生產(chǎn)工藝及ZF15000/27.5/42型支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作性能，結(jié)合相關(guān)資料，研究得出以下解決方案：改變液壓支架原有尾梁千斤頂?shù)陌惭b方式。也就是將尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U靠向液壓支架內(nèi)側(cè)安裝、尾梁千斤頂?shù)母左w靠向液壓支架外側(cè)安裝。這樣就使尾梁千斤頂?shù)幕钊麠U在伸出期間遠(yuǎn)離煤塊、石塊等下落飛濺時的碰撞。

同時，為了提高尾梁的強(qiáng)度從而增強(qiáng)其抗砸能力，還在尾梁背板上整體焊接了，起到保護(hù)和抗沖擊的厚貼板。另外，為了確保焊接效果，還在貼板上割開多個U形槽，槽孔示意圖如圖3所示。

圖3 貼板U形槽孔示意圖

3.2 改造注意事項(xiàng)

為了保證改造工作的順利完成，還對以下內(nèi)容進(jìn)行了分析論證，驗(yàn)證了方案的可行性。

尾梁千斤頂：其缸體靠向液壓支架外側(cè)，當(dāng)活塞桿逐漸伸出時，尾梁千斤頂?shù)母左w會不斷接近尾梁，在活塞桿伸出過程中，缸體表面將有可能與支架尾梁發(fā)生干涉。為此，通過對ZF15000/27.5/42型支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架尾梁千斤頂?shù)膭幼髟磉M(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際操作、經(jīng)測算后，確定液壓支架尾梁千斤頂在工作行程范圍內(nèi)缸體不會與支架尾梁發(fā)生干涉。因此該顧慮被打消。

尾梁千斤頂進(jìn)回液管的改裝：原千斤頂缸體上的進(jìn)、回液口將發(fā)生前移。同時，隨著活塞桿的伸出，尾梁千斤頂缸體繼續(xù)向前移動，進(jìn)、回液口將進(jìn)一步前移。因此，改造設(shè)計時，必須根據(jù)改裝后的實(shí)際需要加長尾梁千斤頂進(jìn)、回液膠管的長度。

4 改造應(yīng)用效果

4.1 使用效果

經(jīng)過改裝后的尾梁千斤頂安裝于同煤國電同忻煤礦有限公司井下綜采工作面ZF15000/27.5/42型支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架上，通過試用后發(fā)現(xiàn)，使用效果良好，徹底消除了放頂煤液壓支架尾梁千斤頂生產(chǎn)作業(yè)過程中的漏液現(xiàn)象。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

在改造時，已有183根支架尾梁千斤頂出現(xiàn)故障、損壞嚴(yán)重現(xiàn)象。而每根尾梁千斤頂?shù)氖袌鰞r格為6 895元，若按同煤國電同忻煤礦有限公司每年1 000萬t原煤產(chǎn)量計算，則壞掉的尾梁千斤頂將會給公司每年造成直接經(jīng)濟(jì)損失420多萬元。而該項(xiàng)目成功完成，徹底避免了損失。

5 結(jié)論

(1)對同忻煤礦放頂煤工藝所用的ZF 15000/27.5/42型液壓支架尾梁千斤頂漏液故障進(jìn)行了分析，通過現(xiàn)場跟蹤與研究，分析了漏液故障的主要原因，針對該原因提出了改造方法。

(2)經(jīng)過改造的支架，在使用過程中沒有再出現(xiàn)漏液故障。根據(jù)計算可知，這一改造可以節(jié)省設(shè)備維修更換費(fèi)用420萬元。