6.3m大采高液压支架关键技术研究与应用.pdf

收稿日期 2007- 05- 15 作者简介 高有进 1963- , 男, 河南辉县人, 教授级高工, 华中科技 大学在读博士, 现任郑州煤矿机械集团公司副总经理、 总工程师。 63m大采高液压支架关键技术研究与应用 高有进 郑州煤矿机械集团有限责任公司, 河南 郑州 450013 摘要 研制 6 m以上安全、 高效、 一次采全高综采设备是当今世界采矿业重点攻关难题。介绍了郑州煤机集 团与神华集团合作研制的 ZY10800/28/63D型高可靠性大采高液压支架的设计、 性能特点、 工艺研究、 应用 及意义。 关键词 大采高; 电液控制; 液压支架 中图分类号 TD35541 文献标识码 A 文章编号 1003- 0506 200703- 0006- 02 The Key Technology Research and Application of 6 . 3m H igh CoalM ining M achineHydraulic Support GAO You-jin Zhengzhou Coalm inemachinery Group Li mited Liability Co mpany, Zhengzhou 450013 , China Abstract The research on the ful- lmechanizedm ining equipmentswhich are safe , efficient , and above 6m is an i mportantpuzzle in the worldw ide recently . The developed characteristicswere introduced from the aspects of the design and the technology based on the high reliability and the high coalminingHydraulic Support . And theHydraulic Supportwas cooperatively developed by ZhengzhouCoalm ine machinery G roup L i mited L iability Company and Chinese Shenhua G roup.Its nomenclature plate is ZY10800/28/63D. Besides of these ,the application and the i mportantmeaningswere also introduced in this article . K eywords high coalm ining ; electro -hydraulic contro; l hydraulic support 随着中厚煤层综采机械化水平的逐步提高, 研 制一次采全高的高可靠性综采设备, 实现厚煤层安 全、 高效和高采出率是当今世界采矿业重点攻关的 难题之一。近几年来, 我国综机制造业发展迅速, 就 产品数量来说, 已居世界之首。但就设备技术性能、 可靠性、 先进性等与国际先进水平相比还有一定的 差距。相对来讲, 作为占综采成套设备中比重最大 占总投资的 50 70 的液压支架, 在技术、 工 艺制造水平及材料选择方面与国外先进水平差距较 小, 具备了研发高可靠性大采高液压支架的条件。 为此, 郑州煤机集团与中国神华集团联手合作, 研制 出了 工作阻 力超过 10 000 kN、 高 达 63 m 的 ZY10800/28/63型液压支架。 1 支架适用地质条件 支架适用条件 煤层厚度 4 6 m, 煤层结构简 单, 倾角 1 5 , 局部 5 8 ; 顶板为粉砂岩、 砂质泥 岩和泥岩; 底板由砂质泥岩、 泥岩、 粉砂岩组成。 2 支架设计原则及主要技术参数 21 支架设计的指导思想和原则 1指导思想。在认真研究分析国外先进设计 理念的基础上, 进行创新和完善, 采取以国内为主、 部分进口配套的技术集成方式, 设计出世界上第一 套采高达 63 m 的高可靠性、 高稳定性、 高技术性 能、 高生产能力的综采液压支架。 2设计原则。满足煤层赋存条件, 进行优化 设计。保证结构合理、 参数优化、 受力状态好; 保证 支架具有足够的稳定性和较好移架性能; 对顶、 底板 适应性强, 护帮、 护顶性能好。支架按欧标设计 试 验寿命 51 000次 , 保证支架具有高可靠性且满足 单面年产 600 1 000万 t设计能力, 一般采出煤量 大于 1 500万 t后, 支架才进行大修。 22 支架的主要技术参数 6 2007年第 3期 中州煤炭 总第 147期 图 1 ZY10800/28/63D型掩护式支架 支架型式为二柱掩护式液压支架 图 1; 适应 工作面倾角纵向 0 8 , 横向 0 6 ; 支护高度 2 800 6 300mm; 额定工作阻力 10 800 kN; 初撑力 7 912 k N; 支架高度 40 60m 时, 支护强度 110 113 MPa ; 支架高度 28 60 m 时, 对地比压 248 274MPa 。 3 支架设计及主要结构特点 31 支架关键技术研究 ZY10800/28/63D型液压支架总体设计满足配 套设备要求, 实现 28 63 m 调高比, 支护强度在 1MPa以上, 总体受力状态及双扭线优化合理, 稳定 性好, 可靠性高, 对顶板、 底板适应能力强。 32 支架主要结构特点 支架高度 28 63 m, 调高范围大, 适应煤 层厚度变化能力强, 是目前世界上采高最高的液压 支架。 支架双扭线变化小, 从高到低近似一条向 前倾斜的斜线。当顶板下沉支架承载时, 支架顶梁 对顶板产生了一个向前的摩擦力, 有利于防止架前 冒顶和煤壁片帮。 支架采用 400 mm缸径的双伸 缩立柱, 工作阻力 5 400 kN, 展开高 59 m, 是目前 世界上长度最长、 国内缸径和工作阻力最大的立柱, 缸口采用矩形螺纹结构, 强度高, 拆装方便。支架 采用 1 000 L /m in大流量安全阀, 卸载保护能力强。 支架采用整体长顶梁结构, 前端梁端力 2 5774 3 0674 kN, 顶梁侧护板一直伸到前端, 对顶板的启 闭性能好。支架前端采用带四连杆机构的两级护 帮机构, 最大护帮高度达 28 m, 为目前国内外最 大, 护帮机构既可收回又可翻转 180 挑平 可上翻 3, 支架的超前护顶、 护帮性能好。 平衡千斤顶 采用目前国内外最大的 230 mm 缸径, 对顶梁的调 节能力强, 支架对顶板的控制能力和适应性强, 保证 了支架具有较大的切顶力和抗冲击能力。推移装 置采用带抬底装置的总体长推杆结构, 长推杆选用 100 kg级的高强钢板焊接, 其断面小, 强度高, 使支 架具有较好的移架性能。 4 关键件工艺研究 ZY10800/28/63D型液压支架大立柱缸筒内径 400 mm, 是目前国内用于液压支架立柱最大的油 缸; 支架使用高强板级别分别为 70 , 80 , 100 kg级, 70 kg 级 以 上高 强 板用 量占 整 个钢 板用 量 的 7721。工艺研究的重点是解决 100 kg级高强钢 焊接、 400 mm 大立柱加工和主要结构件整体加 工。 41 推杆 HG980D 100 kg级 的焊接工艺研究 该件为箱形构件, 外形尺寸 3 754mm 200mm 170mm, 是支架主要受力部件 承受 989 kN的拉 架力 , 材料主要选用 100 kg级高强板。为保证接 头焊接质量, 必须制订严格、 详细的焊接工艺, 包括 焊接方法、 焊接材料选择; 焊接线能量控制; 预热和 层间温度控制; 焊后时效处理控 制等。 42 立柱缸筒加工 400 mm大缸径油缸内孔精 加工一般采用滚压或珩磨 2种 工艺。珩磨加工的特点是设备 通用性强, 工装简单, 加工表面 具有交叉网纹, 有利于油膜的形 成和保持, 可延长密封件使用寿 命。但存在加工质量不稳定而 且加工效率低的缺点, 仅适用于 单件小批量生产, 因此选用滚压 加工。 43 主要结构件整体加工 液压支架中大型承载结构 件有顶梁、 掩护梁、 前后连杆及 底座等, 其主要功用是承受和传 递顶板和下转第 21页 7 2007年第 3期 高有进 63 m大采高液压支架关键技术研究与应用 总第 147期 电视系统、 人员定位系统、 水泵自动控制系统、 采区 变电所的井下电力集控系统。 2矿用数字化工业电视系统。矿用电视监控 系统以其低照度固体摄像、 远距离光纤传输、 防潮防 尘不锈钢结构等优点, 在煤矿井下照明差、 湿度大、 电磁干扰强、 传输距离较远等特殊环境中能长期可 靠运行, 以及监控直观特性, 已在煤矿广泛应用。 目前, 煤矿装备的矿用电视监控系统绝大多数 是模拟电视监控系统, 采用点对点光纤模拟视频信 号传输方式, 将井下各监视点摄像信号传输到地面 调度室。随着煤矿生产规模的扩大, 视频监视点逐 渐增加, 相应的矿用光缆芯数大大增加, 这不仅增加 了光缆造价, 更重要的是大大增加了线路故障抢修 难度和时间, 系统稳定运行的可靠性随着光缆芯数 的增加而降低。 随着视频数字化压缩等技术的发展, H. 264等 压缩技术已能将较清晰 D1的图像压缩成低于 2 Mbps视频流。在千兆以太网中能较清晰实时传输 百路以上工业电视信号, 只需使用 2芯矿用光缆, 传 输借用全矿井综合自动化系统的千兆冗余光纤以太 网, 只需增加井下矿用视频服务器和地面 IP视频交 换机, 系统具有图像清晰、 线路维护简单、 易扩容、 网 络化监控与存储等优点。 3矿用人员监测系统等子系统的接入。矿用 人员监测系统的监测分站提供以太网接口接入矿用 GEPON系统; 矿井安全与生产监控系统目前主要使 用 KJ4煤矿安全监控系统, 其通信采用 FSK调制方 式, 通过矿用转换网关进行接入; 井下变电所、 水泵 房等子系统由设备厂家提供以太网接口或 RS -485 接口, 接入矿用 GEPON系统。 5 系统发展前景 从国内外先进矿井的经验中已经看到, 走高效 集约化生产之路, 是煤矿企业的必由之路, 全矿井综 合自动化设备的市场发展空间是巨大的。全矿井综 合自动化系统的关键之一, 是开发煤矿宽带主干网 络系统。矿用 GEPON系统的主干光网络采用下行 广播、 上行 TDM 通信方式, 每台 ONT 动态分配一定 的时隙 最多保证 100M 带宽 , 能保证信息交换的 实时性及传输质量, 适合于视频、 数据、 语音等信息 综合传输, 实现三网合一。 责任编辑 郭海霞 上接第 7页 垮落岩石的载荷。既要保证足够 的强度, 又要保证一定的几何尺寸及形状位置精度。 结构件拼装间隙、 焊接变形量和铰接孔加工精度控 制的好坏将直接影响产品质量。为确保总装性能, 对支架主要结构件铰接孔拼装前预加工, 消除应力 后整体加工。 5 支架应用及重要意义 ZY10800/28/63D型高可靠性大采高配电液控 制的两柱掩护式液压支架, 创造了本领域的多项记 录 支架高度为世界第一, 达 63 m; 支架的配套设 备最大为世界第一 采煤机 SL1000功率最大为世 界第一, 32 m滚筒直径为世界第一大的滚筒, 输送 机功率 3 1 000 k W 最大为世界第一 ; 支架的立柱 缸径 400 mm 为国内最大; 支架立柱的长度为世界 第一; 支架的工作阻力为国内最大, 10 800 kN; 平衡 千斤顶缸径 230mm 为掩护式支架最大的平衡千斤 顶, 在支架上首次使用; 支架推移千斤顶缸径 200 mm为掩护式支架的最大的千斤顶; 支架护帮高度 28 m为世界第一。 该支架于 2006年 10月完成样机制造, 11月邀 请国内专家对样机进行了评议, 评议专家一致认为 样机总体达到了世界先进水平。 2006年 12月, 通 过国家煤矿支护设备质量监督检验中心的检测, 然 后在郑煤机公司采用欧洲 EN1804标准继续试验, 累计耐久性试验 58 000次。 2007年 3月, 完成首个 工作面 180架的生产, 并先后与神华集团签订了 4 套约 700多架的供货合同。 63 m高可靠性大采高液压支架的研制, 攻克 了一系列制约高可靠性大采高液压支架发展的技术 和制造难题; 促进并加快了我国高可靠性大采高液 压支架的发展和推广; 实现了我国乃至世界综采支 护技术的重大突破, 是我国重大装备国产化研究的 一项重要成果, 使我国的综采装备技术和综机制造 业跨上了一个新的台阶。63m 高可靠性大采高液 压支架将成为我国综采发展史上的重要里程碑, 并 对我国厚煤层综采技术的发展产生重要而深远的影 响。责任编辑 郭海霞 21 2007年第 3期 王心刚 GEPON综合自动化系统在煤炭企业的应用 总第 147期