王庄综采工作面大采高液压支架的选型设计.pdf

总 第 1 7 6期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 7 9 8 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 1 6 王庄综 采工作 面大 采高液压支架的选 型设计 王 雅 潞安机械公司， 山西 长治0 4 6 2 0 4 摘 要 根据王庄煤矿工作面的地质条件， 研发设计了 Z Y 1 5 0 0 0 ／ 3 3 ／ 7 2 D型大采高掩护式液压支架， 降低了 开采成本， 提高了资源回收率， 为提高工作面生产能力创造了条件。 关键词 大采高 液压 支架； 选型设计 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 4 0 4 0 0 3 9 0 2 支架设计依据的主要原则为支架 的适用性 、 技 术先进性 、 维护简单及 良好 的经济性。正确认识大 采高工作面的矿压规律 ， 合理确定支架 的主要参数 和结构 ． 是大采高支架成功 的前提。王庄煤矿工作 面概况 为 煤 层 倾 角 5～1 O 。 ； 工 作 面 倾 斜 长 度 2 7 0 i n ； 煤层厚度 5 ． 7 2～ 7 ． 7 9 I n ， 平均 6 ． 7 4 i r l ； 直接 顶为泥岩 、 砂质泥岩和细砂岩 ， 直接底为砂质泥岩或 细砂岩； 底板平均承受 比压 2 0 ． 9 MP a ； 煤 的普 氏系 数 厂 1 ． 0～1 ． 5 设备适应采高 4 ． 5～7 ． 0 n l 。支架 选型设计如下 1 支架的选型确定 1 ． 1 支架支护强度的确定 根据王庄煤矿要求 ， 支架设计采高为 6 ． 6 i n ， 支 架高度应大于采高 0 ． 2～ 0 ． 3 n l ， 考虑到王庄煤矿后 备采区平均煤层厚度 6 ． 7 4 i n ， 结合双伸缩立柱 的实 际工况特点 ， 确定支架的最大高度为 7 ． 2 i n ， 最低高 度为 3 ． 3 ln ； 设计最大采高 6 ． 8 m。用以下两种方法 确定支护强度。 1 倍数岩重法 。 计算公式 q nM 1 式 中 为采高， i n ； 为岩石密度 ， k N ／ m ； n为 不 同条件下的倍数 ， 一般认为 ， 对中等稳定以下顶板 可取 6～ 8 。 得 q 6 x 6 ． 8 2 71 1 0 1 k N ／ m 1 ． 1 0 1 MP a 。 考虑支护强度 1 ． 2倍富裕系数 ， 同时参考国内 相似支架选型参数 ， 支护强度确定为 1 ． 3 2 MP a 。 2 岩石容重法。支 护强度 的确定是 以支撑 支架上方冒落带重量并考虑顶板来压时的动载系数 计算所得。 计算公式 P K A 2 A p l 式 中 P 为支架 支护强度 ，k N ／ m ； 为动载 系数 ， 一 般 为 1 ． 1～1 ． 5 ， 取 1 ． 5 ； h 为 采 高 ， 取 6 ． 8 n l ； A为顶板岩石容重， 2 7 k N ／ m ； K n 为岩体碎 胀系数 ， 一般为 1 ． 2 51 ． 5 ， 取 1 ． 2 5 。 将上述各数据代人式 2 ， 得 P 1 ． 5 6 ． 8 2 7 ／ 1 ． 2 51 1 1 0 1 k N ／ m 。 考虑支护强度 1 ． 2倍 富裕系数 ， 同时参考 国内 相似支架选型参数 ， 支护强度确定为 1 ． 3 2 MP a 。 综合上述计算结果 ， 支护强度取 1 ． 3 M P a左右 为宜 ， 达到支架选型经济合理 、 安全可靠 的目的。 1 ． 2 支架工作 阻力的确定 工作面支护强度确定 以后 ， 支架工作 阻力值主 要取决于支护顶板的控顶面积。支护控顶面积主要 与工作面“ 三机” 配套设备的断面纵 向尺寸有关 ， 通 过绘制支架 、 采煤机、 刮板输送机 三机配套图形 ， 确 定支架 的工作阻力。由 Q h q h L 。 B 0 ／ K Q h 为 支架额定工作 阻力 ， q 为支护强度 ， 为支架顶梁 长度 ， 为支架 中心距 ， 为支架支撑效率 ， 得 Q h 1 ． 31 0 0 0 2 ． 0 5 x 4 ． 9 7 5 0 ． 9 81 3 5 2 8 k N。 根据计算结果 ， 考虑一定 的富裕系数 ， 工作阻力 定为 1 5 0 0 0 k N， 安全阀开启压力 3 8 ． 2 M P a 。为 了 有效地控制煤璧片帮冒顶 ， 要求提高支架的初撑力 ， 根据 国内外 大采 高综 采工作面乳化泵站 的选型情 况 ， 泵站压力 3 1 ． 5 MP a 时， 支架初撑力达 1 2 3 7 0 k N， 约 占额定工作阻力的 8 2 ． 4 ％。 1 ． 3 底板 比压 支架 对 底 板 平 均 比压 厂0 ． 2， H 5 ． 0～ 7 ． 0 i n 为 2 ． 2 MP a ， 底 座 前 端 对 底 板 最 大 比压 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 - 3 0 作者简介 王雅 1 9 7 2一 ， 女 ， 山西永济人， 工程师， 从事技术管理工作。 3 9 王 雅 王庄综采工作面大采高液压支架的选型设计 第2 3卷 第4期 3 ． 1 8 MP a 。 满足王庄煤矿提供 的底板承受最大比压 2 0 ． 9 MP a ， 不会造成底板下陷现象。 1 ． 4支架 中心 距 在支架采高一定的前提下 ， 支架越宽， 支架的稳 定性越好 ， 选用 2 ． 0 5 m中心距的支架较为合适 。大 采高工作面由于采高大 ， 支架的稳定性必须强 ， 所以 采用 2 ． 0 5 m的中心距后 ． 不但可以大大提高支架的 稳定性 ， 而且 可以减 少支架数量 ， 简化 电液控制 系 统 ， 降低设备投入成本 ． 提高移架速度 ， 保证支架支 护强度。 1 ． 5支架型 式 借鉴国内外大采高综采支架 的成熟经验 ， 采用 两柱掩护式支架 ， 因为两柱掩护式支架较 四柱式支 架重量轻、 伸缩比大， 升、 降、 移架速度快， 支撑合力 距离煤壁近 ， 能给顶板向煤壁方向的推力 ， 顶梁合力 作用点靠近煤壁 ， 有利于维护顶板 的完整性 ； 两柱式 支架支护效率高于四柱式支架 ； 支架配备抬底座机 构 ， 扩大了两柱式支架 的应用范围。 综合以上分析 ， 支架选 型确定为 Z Y 1 5 0 0 0 ／ 3 3 ／ 7 2 D型两柱掩护式大采高液压支架。 2 对平衡千斤顶设计的基本要求 1 足够 的保 持力矩。保持力 矩是指在外载 作用下 ， 保持顶梁与掩护梁之间夹角的力矩。 2 应保证在 顶梁与掩护梁之间成最大极 限 夹角时 ， 平衡千斤顶仍有一定的行程余量供伸出 在 最小极限夹角时 ， 还应有一定 的行 程余 量供压缩。 一 般支架在最高位置时 ． 顶梁可下摆 1 5 。 左右 ， 因而 最小极限夹角为 1 8 0 。 ～1 5 。 一卢 式中 为掩护梁背 角 。 3 为适 应地质条件 的变化 ， 避免部件损坏 ， 必要时应有机械限位装置 ， 使顶梁与掩 护梁达到最 大极限夹角时 ， 平衡千斤顶不承受拉伸载荷 。 4 平衡千斤顶用安全阀溢流量选用 5 0 0 L ／ m i n 。 以免支架升柱时千斤顶过载而损坏零部件 。 3 支架的主要技术特点 1 设置伸缩顶梁 ， 伸缩梁上铰接三级护帮结 构 。采用伸缩梁可在不移架时及时支护顶板 ． 且在 发生冒顶时， 伸缩梁能直接插入到冒顶处 ， 可有效防 止严重 片帮冒顶 。支架采用三级护帮结构可更有效 地防止煤璧 片帮和 冒顶 ， 为了增加支架护帮高度 ， 该 次支架 设 计 采 用 三 级 护 帮 结 构 ， 护 帮 高 度 可 达 3． 8 1T I 。 2 长推杆倒装千斤顶结构。支架 重量将达 到 7 0 t 左 右， 为 了提高移架速度 和增加拉架力 ， 推 移机构千斤顶采用倒装结构。 3 为了防止支架陷人底板 中． 底座前端设计 抬底机构 ， 有效抬起量为 1 0 0 m E。 4 为提高支架对煤层倾角 的适应性 。 支架在 顶梁上增设 防倒装置。 5 整体顶梁 、 双侧活动侧护板 ， 行程 2 5 0 m m。 由于铰接式顶梁支架前端支撑力小 ， 不利于维护顶 板以及抑制片帮 冒顶 ． 且铰接前梁无活动侧护板 ， 对 顶板封顶性较差 ． 考虑到王庄煤矿煤层较软 。 顶板有 一 层伪顶 ， 容易发生漏顶 ， 采 用整体顶梁加 双侧 护 板 ， 可以提高前梁支撑力 ， 有利于维护顶板以及抑制 片帮 ． 同时顶 梁全长设置活动侧 护板 ， 完全封 闭顶 板。 6 为了防止煤壁片帮崩帮伤人 。 液压支架两 立柱中间设置防护网装置 支架平衡千斤顶下设计 有安全防护链 由于支架采高大 ， 为改善支架后部的 降尘效果 ， 在掩护梁上增加喷雾装置。 7 支架控制系统为 电液控制 系统。采用 电 液控制系统可使液压支架真正实现带压移架 ， 是人 为控制所不及的。大采高综采工作面真正实现带压 移架后 ， 可极大改善顶板围岩的维护状况 ， 减少煤璧 片帮的机会 ， 工作面事故率大大降低 ， 工作面推进速 度大幅提高 ， 实现了高产高效 同时电液控制系统具 备 自动补压功能 ， 可保证支架必要的初撑力 ， 因此液 压支架选用大流量快速移架系统 ， 提 高了支架的移 架速 度 。 4 结语 Z Y 1 5 0 0 0 ／ 3 3 ／ 7 2 D型两柱掩护式大采高液压支 架在王庄煤矿 已投入使用 ． 工作面配套的采煤机选 用 MG 1 1 0 0 ／ 2 8 6 0一 WD型 ． 刮板输送机为 S G Z 1 2 5 0 ／ 31 2 0 0型 ． 转载机为 S Z Z 1 3 5 0 ／ 5 2 5型。一次采全 高支架有较大的通风断面 ， 保证采煤工作面 良好 的 通风。减少了巷道掘进和工作面铺 网等工作量 ， 降 低 了开采成本 。 提高了资源 回收率。同时提高了单 刀割煤量 ， 为提高工作面生产能力创造了条件。 [ 责任编辑 常丽芳]