矸石粉煤灰充填液压支架的结构特点及应用.pdf

4 4 煤矿支护 2 0 1 4年第 2期 石 家 庄中 煤 杯 参 评 论 文 矸石粉 煤灰充填 液压支架的结构 特点及应用 牛世 胜 [ 冀 中能源机械 装备 集团有限公 司 邢 台机械厂 ，河北 邢台 0 5 4 0 0 0 1 摘 要 分析 了我 国煤 矿开 采 中矸 石 山、煤灰 充填 技术 的 必要 性。介 绍 一种矸 石粉 煤灰充填液压支架的结构、特点、创新点，结合该充填粉煤灰液压支架在冀 中能源 邯郸矿业集团郭二庄矿 的应用，阐述 了矸石粉煤灰充填液压支架广泛的推广前景。 关键词 矸石粉 煤灰 充填 液压支架 结构 特点 创新点 应用 1 概 述 矸石 山 ，作为 我 国煤矿行 业 的独 特 “ 风 景” ，不仅 占用 大 量 的土 地 资 源 ，还经 常 发 生 自燃、滑坡等事故，造成了严重的环境破 坏，矸石 中含有 的有害矿 物质对 大气、水 源、土壤等造成了不同程度的污染。随着环 保要求的 日益提高 ，迫使煤炭企业在矸石综 合处理和利用上寻找出路。 矸石 粉煤灰井下充填是一项矸石处 理利用新思路。利用充填技术 ，可以用矸石 粉煤灰置换出煤矿永久煤柱的煤炭资源、减 少地 面沉 陷 ；可 以实现 矸石不 上 井 ，地 面 不 建矸 石 山 ，节 省矸 石 山 占地 ；可 以消 除矸 石 山的灰尘 、固体颗粒、有害气体、 自燃发热 对周 围环 境污 染 的问题 ，以达到 综合 治理 煤 矿矸 石 的 目的 。 2充填 液压支 架 性能 矸石粉煤灰充填液压支架 以下简称充 填支架是一种新型的煤矿井下机械化采煤 工作面支护设 备，用 于维护采煤 工作 面顶 板 ，为采 煤机 、输送 机 和工作 人 员提供 安 全 的工 作空 间 ，并能 推动 工作 面输 送机 向煤 壁 方 向移动 ；可 以 以输送 机为 支点 ，实 现支 架 的 自移，从而实现综合机械化采煤；利用输 送机输送的矸石或粉煤灰对采空区进行充填 并 夯实 。 本文介绍一种充填支架，该支架是邢台 机械厂针对邯郸矿业集团郭二庄矿的具体地 质条件和生产要求而设计的，也可用于条件 相 似 的其 它 矿 区。 2 ． 1 结构 组成 本充填支架主要由金属结构件和液压元 件 两大 部分 组成 ，结 构如 图 l所示 。 充填支架主要金属结构件有 伸缩梁和 护帮板 、前顶 梁、上 连杆 、前连 杆 、后 连 杆 、底 座 、推移 杆 、后顶 梁 、铰接 座 、上 下 夯实 机 构 、后 加 长 梁 以及 单 侧 活 动 侧 护 板 等 。 充填支架液压元件主要有 液压控制元 件 操纵阀、单向阀、截止阀、双 向锁 、安 全阀等 、液压辅助元件 胶管 、弯头、三 通等等以及喷雾降尘装置等 。 充 填支 架 的前 顶 梁用 于采 煤支 护 ，后顶 梁用于充填支护 ，夯实机构用于在采空区对 充 填物 夯实 。 2 ． 2特 点 1 结构件设计强度和刚度高 ，使用可靠 性 高 ； 2 上 连杆 采用 Y 型天 窗式 结构 ，前 、 后 连杆 均为单 连 杆结 构 ，与底 座铰 接 ，增大 了连杆的抗弯、扭能力，提高支架稳定性 ； 3 护帮机构为伸缩梁带护帮板结构 ，能 有 效改 善顶 板管 理条 件 ，实现 及 时支护 ； 2 0 1 4年第 2期 煤矿支护 4 5 卜伸缩梁；2 一 护帮板；3 一 伸缩梁千斤顶；4 一 护帮板千斤顶；5 一 前顶粱；6 一 侧推千斤顶；7 一 立柱；8 一 铰接千 斤顶；9 - _ 1 连杆；l O 一 前连杆 ；1 卜后连杆；1 2 - 后顶梁；1 3 后滑倒千斤顶；l 4 一 后滑倒；1 5 - 后探梁；1 6 t 夯实千斤顶；1 7 _ -f 夯实机构；l 8 一 摆梁千斤顶；1 9 一 下夯实千斤顶；2 0 一 下夯实机构；；2 卜下夯实调节千 斤项；2 2 一 铰接座；2 3 一 推移千斤顶；2 4 一 推杆 ；2 5 一 脚踏板；2 6 一 底调千斤颈；2 7 一 抬底千斤顶 2 8 一 底座 图 1 充填液压支架结构 4 顶梁 由前顶梁和后顶梁组成 ，采用单 侧活动侧护板，实现架间密封 ，使支架的调 架性 能 简 单 ；后 顶 梁 后 部 安 装 拉 后 溜 千 斤 顶 ，拉 后溜 千斤 顶 的另一 端与挂 梁 连接 ，挂 梁的下方通过挂环和圆环链连接后部溜槽。 后 顶 梁后部 铰接 有后 加长 梁 ，可在 移架后 有 效支 护采 空 区顶板 ； 5 前、后 顶 梁 之 间 使 用 两 个 直 径 1 8 0 mm 的铰 接千 斤顶 ，调节 能力 强 ； 6 底 座为 刚性 底座 ，中部 底 板开档 ，有 利 于 浮 煤 、 矸 石 的 排 出 ，底 座 宽 度 为 1 3 5 0 mm，减小 了底 板 比压 ； 7 采用整体长推移框架设计 ，推移千斤 顶 为 直 径 1 8 0 mm 或 直 径 1 0 5 mm， 行 程 8 0 0 mm，推移 千 斤 顶采 用 普 通 倒 装 型式 ， 能 满足 拉架力 大 、推溜 力小 的要 求 ； 8 支架配套设计了抬底装置 ，使移架轻 松 灵活 ； 9 后部夯 实机构 采用与底 座铰接 的方 式。上 、下夯实机构可实现对采空区填充物 的充实 ，既能满足溜子拉回状态时 ，后部空 间能被 推 满 ，又 能保 证 夯 实 机 构 收 回状 态 时 ，不 在卸 料空 间与 溜子 干涉 ； 0 c 底座设有两个底调装置 ，适应性强 ； 1 1 降柱 、拉架 自动喷雾 ，降尘效果好 。 2 ． 3创 新 点 本充填支架创新点为 ① 支架 采 用 前 、后 顶 梁 与 Y 型 上 连 杆 三者 铰接 的结构 形式 ，前 、后 顶梁 通过 铰接 千斤顶连接，可适应不同的顶板条件 。前、 后顶梁分别 由两根立柱支撑 ，与上连杆 、前 连杆 、后连杆 、底座等组成近似正 四连杆和 反 四连杆掩 护式 支架 。 ②后顶梁采用带滑槽 的高强度箱体焊接 结构 ，在后顶梁后部安装拉后溜千斤顶 ，吊 挂着 填充 运输 机溜槽 的挂梁在 拉后 溜千 斤顶 的作用下在滑槽 中滑动 ，将填充物落到需要 填充 的采 空 区 ，从 而实 现填 充功 能 。 ③为将填充在采空区的物料捣实 ，设计 了上、下两套夯实机构 ，夯实机构铰接在铰 接座上 。铰 接座通 过销轴与底 座 固定 在一 起 ，既能挡矸又能支撑夯实机构 。夯实机构 在摆梁千斤顶及夯实千斤顶带动下夯实填充 在采空区的填充物，实现充填任务。 该充填支架不仅可以起到采煤时对顶板 的支护 ，还 可 以实现 对采煤 区的充填 ，实 现 了支护填充一体化 。 4 6 煤矿支护 2 0 1 4年第 2期 3应 用 该充填支架于 2 0 1 0年 7月初开始在冀 中能源邯郸矿业 集团郭二庄 矿投入 井下使 用 ，实 现 了采煤 作业 与矸 石粉煤 灰 充填 同步 进行，矸石粉煤灰充 满率接近 9 7 。通过 工 业性 试验 ，确 认该 矸石 粉煤 灰充 填液 压支 架 各项 性能 均达 到 了设 计 要求 。 通 过 郭 二 庄 矿 三 年 多 的 工 业 性 试 验 证 明，使用充填支架 ，在矿井永久煤柱中开掘 充填巷 道 后 ，用 矸石 粉煤 灰进 行充 填 ，置换 出永久煤柱的煤炭资源 ，不仅为建下开采开 辟 了新 途 径 ，为煤 炭企业 带来 新 的利 润增 长 点，也 为煤炭资源的充分开发提供 了全新的 技术 支持 ，是 我 国煤 矿挖 掘 矿 井 资源 潜 力 ， 实现 建设 绿色 矿 山的创 造性 成果 。 4 结 语 煤矿井下矸石粉煤灰充填技术 ，不仅提 高了煤炭资源 回收率，也为煤炭企业治理矸 石提供了切实可行的办法。充填支架作为该 技 术 的 主要装 备 ，也必 将具 有广 泛 的使用 及 推广价值 ，对建设绿色 、环保矿 山具有重大 意 义。 作者 简 介 牛 世 胜 男 ，1 9 6 8年 出 生 ，毕 业 于北 京科技 大学 矿业 机 械 专业 。现在 冀 中 能 源机 械装备 集 团邢 台机 械厂 工作 ，高级工 程 师 。联系 电话 0 3 1 9 2 0 6 7 0 7 6 。 收稿 日期2 O 1 4年 0 4月 0 8日；责任编辑 陈桂娥 上接 第 4 8页 5 结 论 液压支架对顶板的管理能力 由其 四连杆 结构参数所决定。本文应用混沌智能群算法 对四连杆机构进行 了优化设计 ，提高了承载 能力 ，并 减小 了运 动偏 移量 ，优 化结 果合 理 可靠 ，为液压支架 的设计方法提供了一种新 的参 考 。 参 考文 献 [ - 1 3 高健 ，汪勇 ．混沌最优化算法在结构 优化设计 中的应用[ J ]．合 肥工业 大学 学 报 自然 科 学 版 ，2 0 0 6 ，2 9 6 7 51 7 5 4． E 2 ]L I N KS H，WE US TE RB OT Z D ． Ge n e t i c a l g o r i t h m f o r mu l t i 。 o b j e c t i v e e x p e r i me n t a l o p t i mi z a t i o n[ J ]． Bi o pr o c e s s a nd Bi o s ys t e ms Eng i n e e r i n g，2 0 0 6 ，2 9 6 3 8 5 3 9 0 ． [ 3 ] B r i t i s h S t a n d a r d I n s t i t u t i o n ．B S E N 1 8 0 4。 2 M a c h i ne s f o r u nde r gr ou nd mi ne s s a f e l y r e q u i r e me nt s f o r hy d r a ul i c p owe r e d r o o f s up po r t s， p a r t 2 P o we r s e t l e g s a n d r a ms[ s ]． Lo nd o nBSI Gr ou p Pr e s s，2 00 2 ． 第一 作者简 介 张 闯 男 ，1 9 8 4年 出生 ， 哈尔 滨人 ，硕 士 。现在 三一 重型 装备 有 限公 司支架研 究院从事煤 机设备 的设 计研发 工 作 。 E ma i l z h a n g c h u a n g t y k d 1 6 3 ． c o rn。 收稿 日期 2 O 1 4年 0 4月 2 0日；责任编 辑陈桂娥 上 接 第 1 7页 第 一作 者简 介 魏 群 男 ，1 9 8 3年 出生 ， 2 0 0 7年 毕 业 于 山 东 科 技 大 学 ，工 学 硕 士 。 现在煤炭科学研究总院南京研究所工作 ，工 收稿 日期 2 0 1 4年 0 2月 1 2日；责任编 辑陈桂 娥 m E 话 联 一