沈 棟， 劉鯉粽， 趙建陽(yáng)

（煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司， 北京 100000）

引言

液壓支架起著控制采煤工作面礦山壓力的作用，是煤礦機(jī)械化綜采工作面的重要設(shè)備之一。液壓支架是由承載構(gòu)件、液壓油缸、液壓元件、操作系統(tǒng)及其他配套輔助裝置構(gòu)成，其支護(hù)的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)煤礦井下采煤工作面的安全回采起著至關(guān)重要的作用。液壓支架支護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性主要與井下采煤工作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度、地質(zhì)條件復(fù)雜程度、支架的支撐能力等因素有關(guān)。因此，在支架的合理選型和優(yōu)化上，要充分結(jié)合井下實(shí)際情況，以保證液壓支架能夠滿足采煤工作面的支護(hù)要求，確保安全生產(chǎn)[1-3]。某煤礦采煤工作面底板為炭質(zhì)泥巖，底板松軟，且礦壓顯現(xiàn)較為明顯，針對(duì)采煤工作面的實(shí)際情況，提出支架的具體優(yōu)化方案，從支架的架型優(yōu)化選擇、提升液壓支架的主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、完善支架的防止傾斜倒架功能等方面優(yōu)化改進(jìn)，較大程度提高了液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，提升了采煤工作面頂板支護(hù)管理水平，非常具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 液壓支架架型的優(yōu)化

某煤礦采煤工作面原采用四柱支撐掩護(hù)式綜采液壓支架，該型號(hào)支架在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)傾倒現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)該套支架在應(yīng)用過(guò)程中前后立柱壓力表數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，具體如圖1 所示。

圖1 液壓支架前后立柱受力情況對(duì)比示意圖

通過(guò)圖1 對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，因受采煤工作面頂板周期來(lái)壓、采空區(qū)頂板垮落不及時(shí)、底板松軟等因素影響，四立柱液壓支架的前后立柱受力大小極不平衡，從而造成支架在支護(hù)過(guò)程中容易出現(xiàn)傾斜，實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度降低、支護(hù)效果不好，支架四根立柱的受力不均也極容易造成個(gè)別立柱承載能力超過(guò)最大支撐能力而出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。同時(shí)，因該型號(hào)支架安裝四根支撐立柱，造成整體質(zhì)量大、價(jià)格高，而且在工作面支護(hù)使用及安裝、回撤組裝及解體時(shí)操作工序多，移架速度慢，組裝和解體速度慢。根據(jù)礦井頂?shù)装鍘r性、煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造、礦山壓力顯現(xiàn)等實(shí)際情況，通過(guò)綜合計(jì)算評(píng)估后，將四立柱式液壓支架更換成兩柱式液壓支架。由于兩立柱掩護(hù)式支架只采用兩根立柱支撐支架頂梁，不存在前后排立柱升降不同步的現(xiàn)象，受力較為均衡，能夠很好地適應(yīng)采煤工作面頂板壓力的變化，且減少了兩根立柱，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，不僅使支架整體質(zhì)量降低，而且操作方便，支架移架速度快、工作可靠，提升了采煤工作面支護(hù)的安全性和支架的穩(wěn)定性。

2 支架防倒構(gòu)件的優(yōu)化

由于受地質(zhì)條件影響，工作面底板均存在不同程度的傾角，液壓支架在工作面的應(yīng)用過(guò)程中，受工作面底板傾角的影響，支架的重心發(fā)生偏移，隨著移架作業(yè)，支架會(huì)逐漸發(fā)生傾斜，當(dāng)工作面傾角逐漸變大，支架重心偏移超過(guò)支架底座邊緣后，支架會(huì)發(fā)生傾倒（如圖2），支架失穩(wěn)。支架發(fā)生傾倒會(huì)造成采煤工作面拉架作業(yè)困難，且?guī)?lái)較大安全隱患。

圖2 支架在工作面傾角不同情況下支護(hù)狀態(tài)示意圖

根據(jù)液壓支架的特性，支架在使用過(guò)程中一般采取調(diào)整支架抬底座和支架頂梁、尾梁前后側(cè)護(hù)板來(lái)防止支架傾倒，但在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，支架抬底座和側(cè)護(hù)板由于長(zhǎng)時(shí)間受力作用，易出現(xiàn)變形或損壞，從而導(dǎo)致支架防倒裝置失效。通過(guò)對(duì)側(cè)護(hù)板的優(yōu)化，將側(cè)護(hù)板條形結(jié)構(gòu)改造成箱型結(jié)構(gòu)，同時(shí)為防止側(cè)護(hù)板受力變形，在側(cè)護(hù)板上焊接高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行加固。在對(duì)支架抬底座裝置的優(yōu)化過(guò)程中，更換了抬底座裝置的收縮方式，將相互平衡收縮方式更換成非平衡收縮方式，從而增加抬底座裝置在操作過(guò)程中的穩(wěn)定性。

3 支架主體構(gòu)件的優(yōu)化

液壓支架的頂梁和底座是承受頂?shù)装鍓毫_擊的主體構(gòu)件，其強(qiáng)度大小直接影響到支架在使用過(guò)程中的支護(hù)效果和支護(hù)安全。針對(duì)某礦液壓支架底座和頂梁在使用過(guò)程中出現(xiàn)受力變形的情況，采取在支架頂梁的上下蓋板之間加固一組加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋采用厚度為25～30 mm 的鋼板加工，采用焊接的方式將加強(qiáng)筋焊接在支架上蓋板和下蓋板之間，使支架上下蓋板構(gòu)成一個(gè)封閉的棋盤型結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化，提高了支架頂梁的整體抗壓強(qiáng)度，防止支架頂梁受壓出現(xiàn)變形。

液壓支架底座是用于支托支架立柱和其他部件的承載構(gòu)件，直接與采煤工作面底板接觸，向支架傳遞支撐力，是支架保持穩(wěn)定支護(hù)的基礎(chǔ)。由于某礦原有的液壓支架底座采用鋼板焊接加工成箱體式，因焊接位置受力最大，很容易造成支架底座變形。針對(duì)此種情況，采取在支架底座焊接位置采用圓弧式過(guò)渡聯(lián)接。為增加支架防滑防倒的能力，在支架底座前側(cè)位置設(shè)置安裝了一根可調(diào)節(jié)液壓千斤頂，在支架移架過(guò)程中，千斤頂在支架底座側(cè)面伸出，沿支架傾斜反方向給支架一個(gè)支撐力，從而抑制支架下滑和傾斜。同時(shí)，為防止煤墻矸煤竄入支架傷人，在支架立柱四周安裝了防護(hù)擋板。如圖3 所示。

圖3 支架優(yōu)化改造后結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

將改進(jìn)后的液壓支架在某煤礦中應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，該液壓支架的質(zhì)量得到減小，其支護(hù)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度得到提高，并將它在井下進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用，取得了較好的效果。