尉建輝

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 大同 037001)

大同煤礦集團(tuán)北辛窯礦8108首采工作面切眼長約200 m，煤層厚度3.2～7.05 m,平均5.69 m,含0～4層夾矸，煤層傾角大多數(shù)區(qū)域為17～22°，局部傾角達(dá)29°，工作面走向傾角±12°，采用一次采全高綜合機械化放頂煤開采，采高為3.0～3.5 m。由于工作面惡劣的地質(zhì)條件，現(xiàn)有的液壓支架無法滿足使用要求，因此，針對該工作面大傾角條件下放頂煤液壓支架進(jìn)行了設(shè)計。

1 主要結(jié)構(gòu)的確定

1.1 頂 梁

頂梁采用一體式，這種頂梁可靠性高，結(jié)構(gòu)比較簡單，平衡性能好，前端的支撐性能好。在頂梁上設(shè)置有防倒裝置的連接位置，用于安裝防倒千斤頂。頂梁兩側(cè)均設(shè)置有活動側(cè)護(hù)板，在使用時，鎖緊銷將其中需要固定的一側(cè)鎖緊，另一側(cè)可以活動。雙活側(cè)左右工作面可以互換，確保活側(cè)永遠(yuǎn)指向巷道。頂梁斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 頂梁斷面

1.2 掩護(hù)梁

掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)為整體箱型，兩側(cè)也同時采用活動側(cè)護(hù)板，可更好地對液壓支架工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。如圖2。

圖2 掩護(hù)梁斷面

為了使這種設(shè)計結(jié)構(gòu)更具有加工工藝性，分析得出套筒在使用時承受側(cè)推千斤、彈簧及導(dǎo)桿的豎直方向的重力及千斤伸縮活動時的橫向摩擦力，其中側(cè)推千斤頂與其中一側(cè)的側(cè)護(hù)板進(jìn)行固定，套筒與各板之間力學(xué)關(guān)系決定了套筒與各板之間的焊接關(guān)系，所以確定了套筒只與主筋焊接的工藝，與相關(guān)的耳板、中筋板不焊接，耳板與箱梁主體零件焊接，起到力學(xué)作用點避讓的效果，提高了焊接過程中組點效率，減少了焊接工作量及焊接變形，為液壓支架總裝奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.3 前后連桿

為了提高液壓支架在傾斜狀態(tài)下抗側(cè)壓的能力，前后連桿均選擇雙連桿形式，即液壓支架縱向形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，使液壓支架受到的側(cè)壓分擔(dān)到雙連桿上(雙連桿比單連桿的結(jié)構(gòu)優(yōu)點就是可以承受抗扭性強)，讓連桿起到防倒的功能。

1.4 底 座

底座采用半開檔形式，剛性大，對底板比壓小。前端有過橋裝置，可以增加它的整體性能，過橋上設(shè)置有抬底千斤頂?shù)陌惭b位置，用于安裝抬底千斤頂。底座還設(shè)置有調(diào)架千斤頂所需的連接裝置，位于其中后部的下方位置。 底座一側(cè)設(shè)計安裝底調(diào)架機構(gòu)，另一側(cè)預(yù)留底調(diào)梁機構(gòu)安裝孔，使用時預(yù)留底調(diào)梁機構(gòu)的安裝孔需要用堵頭堵上。

在過橋頂端的兩側(cè)預(yù)留兩個42 mm直徑的圓孔，用于防滑裝置的安裝連接。

在底座后部焊接一塊耳板，預(yù)留兩個46 mm直徑的圓孔，用于防后部輸送機下滑的防滑裝置連接。

1.5 防倒、防滑、防護(hù)結(jié)構(gòu)的確定

1) 防倒裝置。防倒裝置對于大傾角液壓支架是必要的配置。防倒裝置的作用主要是防止支架在傾斜的工作面發(fā)生傾倒。如果在工作時出現(xiàn)這種情況，防倒裝置可以將其拉回原來的位置。它的主要結(jié)構(gòu)形式采用平拉式，即相鄰的支架頂梁下方安裝有連接頭，用于連接防倒千斤頂，這種連接以2架支架為1組進(jìn)行調(diào)架，通過防倒千斤頂?shù)氖湛s與伸出實現(xiàn)。如圖3。

圖3 支架頂梁上的防倒裝置

2) 防滑裝置。防滑裝置主要是防止支架在工作面進(jìn)行不必要的滑動，它可以調(diào)節(jié)液壓支架之間的距離。防滑裝置最重要的結(jié)構(gòu)是調(diào)架梁，當(dāng)支架發(fā)生滑動時，通過鄰架調(diào)架梁的調(diào)節(jié)，使它回到原位置。調(diào)架梁一般情況下位于底座的側(cè)面，可在支架移動時起到一定的導(dǎo)向作用，避免底座下滑及調(diào)整底座位置。如圖4。

圖4 支架的底調(diào)梁機構(gòu)

3) 防護(hù)網(wǎng)的設(shè)計。為防止煤塊或矸石的墜落傷及工作人員和支架，設(shè)置加裝了防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)的安裝孔設(shè)置在頂梁上。防護(hù)網(wǎng)分剛性防護(hù)網(wǎng)和柔性防護(hù)網(wǎng)兩種，使用時將兩種防護(hù)網(wǎng)交叉布置，有效地?fù)踝∶簤K和矸石的墜落，達(dá)到安全保護(hù)效果。

2 液壓支架結(jié)構(gòu)及參數(shù)

最終確定液壓支架為ZFQ13000/25/38型支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。主要技術(shù)參數(shù)如下：高度(最低/最高)：2 500/3 800 mm；寬度(最小/最大)：1 660/1 860 mm；中 心 距：1 750 mm；初 撐 力(P=31.5 MPa)：10 128 kN；工作阻力(P=40.43 MPa)：13 000 kN；底板前端比壓：0.95～3.52 MPa；支護(hù)強度：1.29～1.31 MPa；泵站壓力：31.5 MPa；操縱方式：本架手動操縱。

圖5 液壓支架整體結(jié)構(gòu)

對于大傾角工作面，下端頭處的設(shè)備布置尤為重要，下端頭處設(shè)備的傾角越小越穩(wěn)定。為減緩下端頭處的彎曲度，提供足夠的支撐力，增加穩(wěn)定性，下端頭處的設(shè)備采用傾角遞減的布置方式(即設(shè)備布置時在工作面走向長度方向傾角變緩)。并且前后部輸送機與液壓支架之間增設(shè)防滑機構(gòu)，如圖6所示。

圖6 前后部輸送機防滑

3 使用效果

ZFQ13000/25/38型大傾角放頂煤液壓支架的設(shè)計，開創(chuàng)了大同煤礦集團(tuán)在大傾角工作面應(yīng)用放頂煤液壓支架的先河。經(jīng)過北辛窯礦首采工作面一年多的使用證明，支架所采取的防倒、防滑措施很好地適應(yīng)了最大29°傾角的工作面，工作面采完后對支架結(jié)構(gòu)件、立柱千斤頂進(jìn)行檢查沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。該套液壓支架工作性能穩(wěn)定，滿足了開采大傾角煤層的要求。