中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司 北京 102400

0 引言

薄煤層綜采工作面的液壓支架主要功能就是支護(hù)，對于薄煤層支護(hù)設(shè)備保證可靠的支護(hù)能力需滿足以下幾點(diǎn)：1、具有足夠的安全系數(shù)；2、為了滿足三機(jī)配套要求，保證足夠的過機(jī)高度，一般采用薄梁體；3、具有足夠的行人空間；4、具有良好的移架能力。

以上幾點(diǎn)要求在支架梁體滿足三機(jī)配套要求的同時(shí)盡量將頂梁厚度加大，以獲得更高的安全系數(shù)。這就導(dǎo)致上、下梁體見空間較小，無法在設(shè)置常規(guī)的抬底機(jī)構(gòu)的同時(shí)滿足支架最低高度。針對一些軟底板的煤層，支架必須設(shè)置可靠的抬底機(jī)構(gòu)，才能保證支架能夠順利的移架。多年以來，各大煤機(jī)廠家都選擇了設(shè)置常規(guī)抬底機(jī)構(gòu)，而只能在支架下井安裝完成后，升至使用高度再安裝抬底裝置。

為解決這個(gè)問題我們需要設(shè)計(jì)新型抬底機(jī)構(gòu)，以解決薄煤層抬底機(jī)構(gòu)的難題。

1 地質(zhì)條件

羊市塔二礦5-1煤層：煤層自然厚度1.12～1.68 m，平均1.42 m。煤層可采厚度1.12～1.68 m，平均1.42 m，該煤層結(jié)構(gòu)較簡單，無夾矸。頂?shù)装鍘r性均為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖等。

2 工作面參數(shù)

工作面長度235.5 m，推進(jìn)方向長度約1200m，平均采高1.50 m，煤層傾角1°～3°。

2.1 煤巷為矩形斷面。巷道尺寸：①輔運(yùn)順槽：寬×高=4.8 m×2.6 m，②主運(yùn)順槽：寬×高=5.1 m×2.6 m。

2.2 工作面配套液壓支架型號

中部液壓支架：ZY6800/09/18

過渡液壓支架：ZYG6800/09/18

端頭液壓支架：ZYT6800/13/28

3 抬底機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

羊市塔二礦5-1煤層底板為軟底板。由于一般支架底座前端比壓較大，很可能造成支架底座前端下陷，若不設(shè)置抬底機(jī)構(gòu)，支架可能無法移架，若由推移千斤頂直接拉架，很可能造成結(jié)構(gòu)件損壞，這就需要支架設(shè)置合理的抬底機(jī)構(gòu)，以減小支架移架的摩擦力。

3.1 剪刀式抬底機(jī)構(gòu)

3.1.1 剪刀式抬底機(jī)構(gòu)原理說明 常規(guī)抬底機(jī)構(gòu)的抬底力豎直向下，抬底千斤頂為豎直布置，由于薄煤層支架上下梁體間距離較小，故考慮通過杠桿機(jī)構(gòu)將橫向力轉(zhuǎn)化為豎向抬底力，這樣就可以將抬底千斤頂采用橫向布置，在保證具有足夠抬底量的前提下，能夠滿足抬底機(jī)構(gòu)可在支架任何高度狀態(tài)正常安裝和工作。

如圖1，支架移架完成后，可將抬底千斤頂伸至最長狀態(tài)，抬底頂架收回底座前過橋之上；

圖1 剪刀式抬底機(jī)構(gòu)安裝圖

當(dāng)需要抬底時(shí)，抬底千斤頂上腔進(jìn)液，千斤頂收縮，當(dāng)抬底頂架接觸推移桿時(shí)，底座開始抬起，如下圖：

如圖2，抬底千斤頂?shù)氖湛s力作用在A點(diǎn)，對B點(diǎn)的力矩為M1=F1×L1；當(dāng)抬底頂架接觸到推移桿時(shí)會對推移桿產(chǎn)生一個(gè)作用力F2，F(xiàn)2對B點(diǎn)的力矩為M2=F2×L2，且M2=M1；兩個(gè)抬底頂架對推移桿的作用力2×F2的反作用力2×F2x即為抬底機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的抬底力。

圖2 底座開始抬起狀態(tài)圖

如圖3，當(dāng)2×F2x×L3＞G×L4時(shí)，即能實(shí)現(xiàn)抬底動作，配合推移千斤頂完成拉架動作。

圖3 支架整體抬底示意圖

3.1.2 優(yōu)點(diǎn)：

A.抬底千斤頂采用左右橫向布置的型式，可保證有足夠千斤頂行程，從而保證支架具有足夠的抬底量。

B.常規(guī)型式的抬底機(jī)構(gòu)一般布置在底座前過橋板后部，而該型式抬底機(jī)構(gòu)布置在底座過橋前部，這就使的該抬底機(jī)構(gòu)的抬底力力臂L3要大于常規(guī)型式的抬底機(jī)構(gòu)，從而增大了抬底力矩。

C.抬底機(jī)構(gòu)布置在底座過橋前部，便于井下拆裝和維修。

3.1.3 缺點(diǎn)：

A.該種抬底機(jī)構(gòu)抬底力來源于抬底千斤頂?shù)氖樟ΓＲ?guī)型式的抬底機(jī)構(gòu)抬底力來源于抬底千斤頂?shù)耐埔?，若需要獲得相同的抬底力，剪刀式抬底機(jī)構(gòu)需要的千斤頂缸徑較大。

B.由于抬底機(jī)構(gòu)布置在底座過橋前方，而且相對于常規(guī)抬底機(jī)構(gòu)所占用的縱向空間較大，故而占用了一定的行人空間。

3.2 滑道式抬底機(jī)構(gòu)

3.2.1 滑道式抬底機(jī)構(gòu)原理說明 滑道式抬底機(jī)構(gòu)是在常規(guī)抬底機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，將常規(guī)抬底頂架與底座的連接耳板鉸接孔由圓孔改為長孔。當(dāng)抬底機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，可沿滑道自由落下至推移桿上方；在移架前需抬底時(shí)，將抬底油缸伸出，抬底頂架沿長孔滑動至極限位置后抬底油缸繼續(xù)伸出，從而實(shí)現(xiàn)抬底動作。

如圖4，抬底機(jī)構(gòu)非工作狀態(tài)，可控制千斤頂收回，抬底頂架可以沿滑道落下，使得支架能降至最低狀態(tài)。由圖4可見，抬底頂架兩個(gè)固定耳板采用了長滑道的型式。

圖4 抬底機(jī)構(gòu)非工作狀態(tài)

如圖5，當(dāng)抬底頂架滑道滑至極限位置時(shí)，抬底千斤頂繼續(xù)伸出，抬底力作用在推移桿上，從而實(shí)現(xiàn)抬底動作，抬底量為L5。

圖5 抬底工作狀態(tài)示意圖

3.2.2 優(yōu)點(diǎn)：

A.滑道式抬底機(jī)構(gòu)布置于底座前過橋板后部，從而獲得底座前部較大的行人空間。

B.滑道式抬底機(jī)構(gòu)抬底力來源于抬底千斤頂?shù)耐屏?，采用同樣缸徑的抬底千斤頂，相比剪刀式抬底機(jī)構(gòu)可獲得更大的抬底力。

3.2.3 缺點(diǎn)：

A.雖然抬底頂架采用了滑道型式，但抬底頂架在使用狀態(tài)占據(jù)高度方向空間較大。

綜合考慮實(shí)際情況，在具有足夠抬底力的前提下，采用剪刀式抬底裝置。

4 應(yīng)用情況

其中剪刀式抬底機(jī)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用于匯能集團(tuán)羊市塔煤礦和府谷萬泰明煤礦薄煤層支架ZY6800/09/18型液壓支架，滑道式抬底裝置已經(jīng)應(yīng)用于益民煤礦薄煤層支架ZY6800/09/18型液壓支架。兩種形式抬底機(jī)構(gòu)在礦使用期間均得到用戶的一致認(rèn)可，完全滿足礦方正常開采要求。