膏体充填液压支架的设计研究.pdf

煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.31No.12 Dec. 2010 第31卷第12期 2010年12月 产品结构 0前言 所谓膏体充填，即把物料（一定粒度的矸石、粉 煤灰、胶结料、矿井水等）制作成不需脱水的浆体， 通过泵压或重力作用，经过管道输送到井下，适时 填充采空区的方法。 膏体充填采煤是通过在长壁综 采工作面充填膏体等填充物， 来控制地表变形，同 时保证采煤与充填平行作业。 充填开采可以解决我 国“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤、跨落法 开采弊端、煤柱回收、分层开采等问题，为提高煤炭 资源回采率提供了发展方向。 1工作面回采及充填工艺 采用单一厚煤层一次采全高，走向长壁后退式 充填处理采空区的综合机械化的采煤方法。 （1）回采工艺 ①落煤使用采煤机落煤，端头斜切进刀，割三 角煤，割煤与移架、推溜顺序进行，采煤机与移溜的 间距为15～20m； ②装煤机组自行装煤，配合人工清理浮煤； ③运煤工作面刮板输送机运煤， 经转载机到 顺槽带式输送机； ④支护工作面采用专门设计的膏体充填液压 支架支护。 每完成一刀割煤以后，前部支架推进一个步距， 伸缩梁伸出一个步距，后部支架保持不动，待完成3 刀割煤时，采空区已充填的膏体已经凝固（膏体凝 固需要3～4 h），并具有一定的支撑强度。 此时，前部 支架升起接顶， 后部支架一次性前移3个步距，准 备实施再次充填工作。 后部支架在充填及充填物凝 固过程中对顶板保持不动，实现对待充填空间区顶 板有效支护。 重复上述工序割煤3刀后做充填准备工作，准 备好后充填班充填，充填结束后清理工作面并做割 煤准备，一个大循环结束。 （2）充填工艺流程 检查准备→管道充水→灰浆推水→膏体推灰 浆→管道清洗→充填工作结束。 2膏体充填支架的设计参数 膏体充填液压支架是整个膏体充填采煤一体 化中最核心的设备，如图1所示。 图1ZGTC12400/30/50型膏体充填液压支架 该充填支架（已获得实用新型专利证书）是针 对膏体、高水等浆体充填而研制，其主要设计理念 是遵循充填采煤工艺，既满足正常采煤的要求，又 要实现采空区充填的目的， 而且最终实现平行作 膏体充填液压支架的设计研究 张万里， 杨眉， 郭海伟， 梁勇 （郑州四维机电设备制造有限公司， 郑州450001） 摘要 针对膏体充填回采工艺要求， 设计了前后分体式ZGTC12400/30/50型膏体充填液 压支架；该充填支架与传统一体式支架相比，既满足高产高效的生产要求，同时又实现了采空区 充填的效果，真正达到了采煤与充填平行作业的目的，为解决我国“三下”压煤问题，提供了设备 保障。 关键词 膏体充填； 液压支架； “三下”开采 中图分类号TD355文献标志码B 文章编号1003 － 0794（2010）12 － 0125 － 02 Design and Research of Paste-filling Hydraulic Support ZHANG Wan-li, YANG Mei, GUO Hai-wei, LIANG Yong （Zhengzhou Siwei Mechanical hydraulic support; three-underground mining 2 9002 800 5 900 9 450 4 6004 800 4 800（3 000－5 000） 125 业。 整体采用前后分体式结构，前后架之间彼此相 连，其主要技术参数见表1。 表1充填液压支架技术参数 3膏体充填支架的特点 3.1支架的主要组成部分 该膏体充填支架主要由前置支架和后置支架2 部分组成 （1）前置支架主要包括顶梁、护帮板、底座、 伸缩梁、前后连杆、推移机构及立柱、推移千斤顶、 抬底平衡千斤顶和液压系统等； （2）后置支架主要包括顶梁、尾梁、底座、伸 缩梁、插板、前后连杆、推移机构及立柱、推移千斤 顶、平衡千斤顶和液压系统等。 3.2整架主要结构特点 （1）支架采取前后置分体连接的方式，前后架 之间由推移千斤顶连接，最大间距可达3个有效步 距； （2）前置支架采用正四连杆机构，后置支架采 用反四连杆机构，有利于加强支架的抗扭性和稳定 性； （3）采用全开裆刚性底座，在底座的前过桥设 置有铰接耳座，当工作面倾角大时可安设防滑千斤 顶进行架间连接，实现调架功能； （4）支架设有自动控制喷雾系统。 3.3前置支架的主要特点 （1）前置支架具有3个立柱，前排采用2个立 柱，后排采用1个立柱； （2）顶梁为整体式结构，单侧为活动侧护板。 顶 梁前端上翘，结构简单，前端的支撑能力大，可有效 控制顶板压力向煤壁方向的转移而减少片帮； （3）顶梁侧护板可延伸至顶梁前部，接近全封 闭，防漏矸效果好，有利于人工进入工作面支架下 方处理事故； （4）顶梁前端铰接护帮机构。 护帮机构支撑在 煤壁上方，对防止片帮有着重要的作用；挑梁采用 四连杆结构形式，不但能保证伸出和收回均能达到 预定的角度， 而且挑起力矩是简单铰接式的2～3 倍，能更有效地支撑顶板； （5）顶梁尾部设计有伸缩梁。 伸缩梁可有效防 止移架后矸石冒落，保护操作者；伸缩梁安置在顶 梁箱体里，具有大于2个有效步距的伸缩量； （6）支架采用四连杆机构。 上连杆采用Y形结 构，后立柱位于空挡内，升降过程中不会发生干涉； （7）采用倒置铰接推移框架的设计。 符合支架 运行工况，移架力大；移架时有向上垂直分力，有利 于支架前移； （8）底座上安装抬底机构，以解决底板易风化、 破碎、扎底的问题，为保证刮板输送机电缆槽与立 柱前方的畅通，抬底座千斤顶布置在底座过桥的外 侧，同时增设一安全阀，防止销轴损坏。 3.4后置支架的主要特点 （1）顶梁后部铰接有尾梁。 顶梁前端具有伸缩 梁，具有一个有效步距的行程，用于两架之间的支 护；尾梁采用楔形箱体结构，具有机械限位，只能向 上稍做摆动，有利于充填后移架； （2）底座后部设有插板机构。 密封用插板结构 生根于底座，内设2个千斤顶，工作时插板升起与 尾梁上圆弧槽相配合，形成密封副；插板后部设计 有密封胶板，相邻两架之间形成密封带；插板顶部 预留注浆管道入口； （3）顶梁与底座由2个立柱和上下连杆相连接； （4）上连杆与顶梁之间设置平衡千斤顶，调节 顶梁与顶板保持全面接触； 4液压系统 （1）泵站采用三泵二箱，备用1台泵，二泵双供 单回系统，流量2400 L/min，压力31.5 MPa； （2）进液管准31.5 mm，回液管准51 mm；喷雾泵 水管接头采用准25 mm； （3）立柱及推移采用400 L大流量操纵阀，其余 采用125 L操纵阀； （4）高压胶管及接头等附件均选用专供煤矿井 下使用的KJ系列。 5结语 ZGTC12400/30/50型膏体充填液压支架打破以 往一体式传统支架的设计理念， 实现前后平行作 业，既达到高产高效开采的要求，又能实现绿色开 采，最终实现了经济效益和社会效益的双赢。 随着充填技术的逐步成熟， 充填液压支架的设 计也在依据具体的工况要求以及充填目标进行创 新设计和功能完善，力争为我国“三下”开采和环境 保护协调发展提供设备保障。 参考文献 ［1］杜计平，孟宪锐.采矿学［M］.徐州中国矿业大学出版社，2009. ［2］王国法.液压支架技术［M］.北京煤炭工业出版社，1999. ［3］孙昱，高传飞，王福立.煤矿膏体充填简论［J］.山东煤炭科技， 2007（1）31-32. ［4］张万里，夏亮.充填支护一体化液压支架［P］.中国.实用新型, 2010. 作者简介 张万里（1982-），河南沈丘人，助理工程师，2008年 毕业于东北林业大学机电工程学院机械设计及理论专业， 硕士学 位，主要从事煤矿充填开采方法研究、新型特殊支护设备研发工作， 电子信箱ni_no. 责任编辑侯淑华收稿日期2010－05－24 支护高度/mm 支架中心距/mm 支架宽度/mm 额定工作阻力/kN 初撑力/kN 平均支护强度/MPa 平均对底板比压/MPa 适应煤层倾角/（） 泵站压力/MPa 操作方式 3 000～5 000 1 500 1 4301 600 12 400 10 292 0.98 2.1 ＜20 31.5 本架操作 技术参数 第31卷第12期Vol.31No.12膏体充填液压支架的设计研究张万里，等 126