综合机械化开采充填液压支架的结构设计.pdf

96Mining Equipment orum 论 坛 工 艺F 充填开采对减小地表变形、保护 生态环境、提高煤炭资源采出率等方 面都取得了很大的突破，是实现煤矿 绿色开采的必要措施。近几年，综合 机械化充填开采技术取得了突破，在 我国许多矿区得到快速应用，并取得 了显著的经济和社会效益，但同时也 出现一些问题。 问题的提出 2008 年， 邢 台 煤 矿 采 用 ZZC4800/16/32 型充填支架进行矸 石-粉煤灰充填开采，为解放“三下 一上”煤层提供了新技术，取得了巨 大成功，但在充填过程中，充填液压 支架暴露出一些问题，比较突出有以 下几方面。 由于矸石与粉煤灰充填液压支架 比普通液压支架增加了尾梁结构，支 架的控顶范围增加，顶板对支架特别 是支架尾梁的压力比较大，尾梁下还 综合机械化开采充填液压支架的结构设计 □ 李军霄 冀中能源机械装备有限公司邢台机械厂 图 1 ZZC4800/16/32 型充填支架 图 2 方案一 图 3 方案二 图 4 方案三 需要悬挂自压式充填输送机，由于尾 梁千斤顶支撑作用有限，在使用中出 现存在后尾梁被动让压现象，从而使 采空区空间减小，充填过程中又不可 能将顶板顶起复位，该原因与充填物 的压实度不够是造成地面沉陷的主要 原因。 支架采煤部与充填部空间相对不 独立，不能采煤充填平行作业，影响 充填开采效率。支架后部空间小，不 利于充填机构的布置。 由此可见，为了提高充填开采效 率，必须设计一种新型的充填液压支 架结构形式。 充填开采对支架的特殊要求 充填开采与普通综采工作面直接 顶随采随冒不同，采空区的充填体限 制直接顶的变形和移动，直接顶可以 发生变形和移动的空间大大减小。因 此，直接顶要悬顶更长才会发生不破 坏型变形，所以充填开采对液压支架 有特殊要求。 支架须符合充填开采矿压显现规 律，支撑没有薄弱点。 支架要有足够的支撑力，控制顶 板下移。在对采场岩层控制目标方面， 充填开采与垮落法开采是不同的， 垮 落法开采时，支架是以控制直接顶与 基本顶不产生离层，同时能够平衡基 本顶周期性破断对支架产生的冲击为 主要目标。充填法开采时，支架除需 要平衡基本顶压力外， 还需要控制顶 Mining Equipment 矿 业 装 备 领 域 的 商 业 技 术 读 物 972013.08 图 5 ZC6000/18/38 型散料充填液压支架 板的下沉变形，以期使采空区有较大 空间，有利于向采空区尽可能多的充 填物料，最终达到控制采空区顶板及 上覆岩层的下沉量。 充填液压支架主要功能是实现 充填一体化，为了提高充填开采效率， 支架前、后空间要相互独立，且能实 现采煤充填平行作业。 充填液压支架的结构设计 结合充填支架在使用中的问题， 初步设计了三种方案 为了提高支架后部的支撑力，以 上三种方案均采用前、后顶梁铰接结 构，且在后顶梁下采用立柱支撑，方 案一与方案二均采用前、后顶梁、斜 梁非一点铰接结构，这就使支架前、 后部运动轨迹不一致，同时当前、后 顶梁动作时，相互影响，会受到一 定的弯矩，容易造成损坏，当支架 上、下动作时，需要考虑前后立柱顺 序，同时动作平衡千斤顶及铰接千斤 顶，比较繁琐 ； 而方案三采用前、后 顶梁与斜梁铰接点三点合一结构，同 时前后顶梁间布置铰接千斤顶，可以 实现顶梁的调节，支架上下动作时时， 通过千斤顶可以调节前、后顶梁，操 作简单。 分析对比之后，支架结构选用方 案三。 结构的创新点如下。 针对充填支架应用初期出现的问 题，创新的采用了前、后顶梁与上连 杆三铰点合一结构。前、后顶梁之间 用千斤顶铰接，实现前、后顶梁调节， 以适应工作面顶板变化等不同工况。 充填液压支架为采煤与充填形成 两个相对独立的空间，实现采煤充填 平行作业，提高了充填开采效率。 后顶梁与底座之间用立柱支撑， 大大提高了支架后部支撑力。 结构的应用 2010 年 5 月，我厂结合邯郸矿 业集团郭二庄二坑矿的具体地质条件， 成功的研制出ZC6000/18/38 型散料 充填液压支架，并与 2010 年 9 月投 入郭二庄二坑 2911里工作面进行 工业性试验，截止 2010 年 11 月 25 日，共采出煤炭 63 488 t，充填矸石 与粉煤灰 60 948 t。同时，根据工作 面矿压实测及地表岩移观测看出，由 于充填体可以有效的控制顶板的运动， 使工作面没有出现明显的顶板来压 ； 同时工作面的超前应力峰值及影响范 围较传统开采影响要小，从而使得在 开采中减轻了对地板的破坏，杜绝了 突水事故的发生，实现了 2911 工作 面承压水上煤层的安全、高产、高效 开采。 综上所述，前、后顶梁与上连杆 三铰点合一结构型式适应与充填开采， 解决了目前现有支架后部支撑力小而 造成被动让压的现象，能有效地平衡 基本顶压力，起到了控制顶板下沉变 形，并使采空区有较大的空间，有利 于向采空区尽可能多的充填物料，提 高了充填效率，最终达到控制采空区 顶板及上覆岩的下沉量 ； 该项目的成 功，为今后充填液压支架设计具有指 导意义，同时为充填开采提供了设备 保障，并且该种型式支架后部空间大， 可以适应各种充填物的充填开采，推 广前景良好。