朱建龍

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦，山西 孝義 032300）

1 兩柱式放頂煤液壓支架承載特性

1.1 兩柱式放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)特征

兩柱式放頂煤液壓支架被廣泛應(yīng)用于煤礦支護(hù)中，這種支架的類(lèi)型主要有綜采放頂煤液壓支架以及綜采支架兩種。

兩柱式放頂煤液壓支架的一個(gè)重要特征是在上梁和防護(hù)梁之間安裝了一個(gè)校平千斤頂，可用于調(diào)節(jié)上板上的載荷位置。當(dāng)將上板載荷施加到上梁的前端時(shí)，推動(dòng)平衡千斤頂以使上板載荷向后移動(dòng)。將頂板載荷施加到頂梁的后端時(shí)，拉起調(diào)平千斤頂以使頂板載荷向前移動(dòng)。放頂煤支架和綜采支架的結(jié)構(gòu)不同之處在于，放頂煤支架的尾梁具有一套放煤口機(jī)制，包括橫梁、橫梁千斤頂、插入板和插入板升降器[1-2]。

1.2 兩柱式放頂煤液壓支架承載特性

某煤礦在42煤層一采區(qū)42104綜放工作面使用的綜放采煤工藝，目前準(zhǔn)備選擇ZFY18000/25/39D的一種兩柱式放頂煤液壓支架方式，42103工作面目前則準(zhǔn)備選擇ZFY12500/25/39D兩柱式的液壓支架方式。依照兩柱式這種放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)本身?yè)碛械膬?yōu)勢(shì)去完成力學(xué)結(jié)構(gòu)的確認(rèn)的同時(shí)，還需要依照?qǐng)D1去完成相關(guān)分析。其中，ZFY18000和ZFY12500支架在尺寸上的具體參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 放頂煤液壓支架力學(xué)結(jié)構(gòu)分析圖

表1 ZFY18000和ZFY12500支架主要參數(shù)

采用頂梁和掩護(hù)梁將其當(dāng)成隔離體分別針對(duì)O1以及O點(diǎn)做其力矩的一種平衡方程，當(dāng)前頂板所具有的荷載與支架的頂梁上的力相互作用，其作用力Q可用公式（1）表達(dá)：

式中：f為頂梁與頂板之間摩擦因數(shù)；Z為平衡千斤頂當(dāng)前斷裂運(yùn)動(dòng)的阻力；l為平衡千斤頂和支架之間的動(dòng)作距離；W為煤和巖石落在掩護(hù)梁上的力；c為W對(duì)支架動(dòng)作距離；S為作用力Q當(dāng)前的作用位置以及與O1形成的距離；lp為立柱針對(duì)支架起到的瞬心作用力矩。

因?yàn)樗残奈恢胔/b并不大，所以，1/（1－fh/b）、Ph/bsinα對(duì)支架本身所具備的承載能力產(chǎn)生的影響并不是很大，W屬于掩護(hù)梁上冒落在煤巖形成的作用力，式（1）顯示出其減少支架自身的承載力，因?yàn)檠谧o(hù)梁的角度比較大，所以針對(duì)支架承載能力產(chǎn)生的影響并不是很大。因此將式（1）與式（2）能夠簡(jiǎn)化成為：

頂板壓力可以作用在立柱的柱窩后邊，平衡千斤頂能夠承擔(dān)拉力并提升到最大的Z1，頂板目前壓力主要是在立柱當(dāng)前的柱窩前側(cè)產(chǎn)生，平衡千斤頂所承受壓力最大能夠達(dá)到Z2，由式（3）和式（4）可以了解到支架平衡千斤頂拉力以及壓力還有立柱工作上的阻力在最大的時(shí)候Q－S曲線其具體的表達(dá)式分別為：

根據(jù)式（5）—式（7）、上頁(yè)表1可得到ZFY12500和ZFY18000兩柱式放頂煤液壓支架承載特性曲線如圖2所示。

圖2 ZFY12500和ZFY18000兩柱式放頂煤液壓支架承載特性曲線

承載特性曲線主要通過(guò)2條雙曲線構(gòu)成，A、B、A'、B'是支架承載范圍內(nèi)的零界點(diǎn)。當(dāng)前兩柱式放頂煤液壓支架的承載特性是由平衡千斤頂所具備的結(jié)構(gòu)決定的，其當(dāng)前的有效承載范圍在頂梁柱窩周?chē)FY18000兩柱式放頂煤液壓支架有效承載距離在支架頂梁距尾部1.47～1.65 m處，支承寬度為180 mm，而ZFY12500兩柱式放頂煤液壓支架有效承載范圍則在頂梁與尾端支架1.48～1.67 m處，支承寬度為190 mm，此兩種型號(hào)支架的承載范圍相同。

1.3 兩柱式放頂煤液壓支架承載特性影響因素

1）支架目前具體的裝配尺寸。支架裝配尺寸一般都是隨著支架本身工作上的阻力不斷提高而提高的。另外，從式（5）和式（6）中可以看出，對(duì)于支架當(dāng)前具備的承載特性產(chǎn)生的影響因素主要是因?yàn)橹Ъ茏陨頁(yè)碛械囊环N瞬心位置h/b以及立柱和O1點(diǎn)之間是一種垂距的關(guān)系。四連桿機(jī)構(gòu)在當(dāng)前進(jìn)行裝配的尺寸上產(chǎn)生影響，支架當(dāng)前瞬心位置h/b其自身的數(shù)值產(chǎn)生的變化并不是很大，立柱和O1點(diǎn)之間的垂距l(xiāng)p一樣也會(huì)被支架整體尺寸所限制。

2）立柱工作阻力。主要從ZFY12500與ZFY18000兩柱式放頂煤液壓支架所具備的承載特性曲線獲得，立柱工作阻力提高自身有效的承載范圍也會(huì)出現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)變，但是承載能力會(huì)伴隨著支架立柱當(dāng)前工作阻力持續(xù)的提升而提高[3]。

3）平衡千斤頂需要依照最初和兩柱式平衡千斤頂有關(guān)的，針對(duì)支架本身承載特性造成影響的相關(guān)因素進(jìn)行研究，兩柱式放頂煤液壓支架有效的承載范圍主要是頂梁柱窩之前和之后100～200 mm處，承載特性曲線形狀能夠保持相同。平衡千斤頂?shù)念~定拉力以及工作阻力主要受到油缸尺寸的影響，導(dǎo)致自身的調(diào)節(jié)能力受到制約。

當(dāng)前，ZFY18000兩柱式放頂煤液壓支架平衡千斤頂所能夠提供的額定壓力以及工作產(chǎn)生的阻力可以達(dá)到2 700 kN和1 500 kN，頂板較大荷載作用在立柱與頂梁鉸接點(diǎn)相對(duì)靠近的位置，平衡千斤頂還能夠提高工作中出現(xiàn)的阻力。這可以看出平衡千斤頂目前所能夠提供的阻力對(duì)于頂板自身的荷載調(diào)節(jié)能力會(huì)起到制約，平衡千斤頂當(dāng)前阻力的提升使得支架自身的支撐能力得到提升。這并不是意味著平衡千斤頂本身處于一種似有似無(wú)的狀態(tài)，從根本上來(lái)講，平衡千斤頂以及頂梁還有掩護(hù)梁這三者需要保持一種三角關(guān)系，最后使掩護(hù)梁和頂梁結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2 結(jié)語(yǔ)

對(duì)放頂煤液壓支架承載特性及其適應(yīng)性進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，支架裝配尺寸以及平衡千斤頂能夠改變支架當(dāng)前有效承載的范圍寬度，立柱工作阻力則會(huì)對(duì)承載曲線自身的高度產(chǎn)生影響。液壓支架頂梁的承載特性對(duì)頂梁的適應(yīng)性起到了決定性的作用，隨著液壓支架工作阻力的不斷提升，頂板控制能力也得到增強(qiáng)。