炮采薄煤层液压支架研制.pdf

第 1 6卷 第 4期 总第 l O 1 期 2 0 1 1年 8月 煤 矿 开 采 Co a l mi ni n g Te c h n o l o g y V o 1 ． 1 6 N o ． 4 S e r i e s N o ． 1 0 1 Au g us t 2 01 1 炮 采薄煤层 液压支架研制 高振伟 兖矿集 团有限公司 北宿煤矿 ，山东 邹城 2 7 3 5 0 0 [ 摘要] 根据兖矿集团北宿煤矿 1 6煤具体地质条件，参照在 1 7煤应用较好的薄煤层液压支 架，研制开发了适用 1 6煤的炮采机装的顶梁与掩护梁左右对称的分体式薄煤层液压支架，最大可适 应顶板起伏变化 3 0 0 mm，对类似煤层开采具有一定 的参考价值。 [ 关键词 ] 薄煤 层；液压支架 ；含硬 夹矸 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 3 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 2 2 5 2 0 1 1 0 4 - 0 0 7 6 - 0 2 De v e l o p me nt o f Po we r e d S up po r t f o r Bl a s t i n g M i ni n g Thi n Co a l - s e a m 北宿煤矿主采煤层 l 6煤 、1 7煤为薄煤层 ，平 均厚度 0 ． 9 m，含有炭质砂岩夹矸 和黄铁矿结核 。 其中，炭质 细砂 岩夹矸 坚 固性 系数 ．厂 7 位 于 煤层的中下部，呈条带状 ，沿煤层走向分布 ，厚度 在 1 8 0 m m左右 最大厚度达到 2 1 0 ra m ，赋存相 对稳定 ；黄铁矿结核特点是分布广泛 、位置随机 、 体积较大 最大可达 3 0 0 ram 2 1 0 ram 。由于硬度 极高 ，给正常破煤带来很大难度。 为了实现上述煤层 的安全高效开采 ，北宿煤矿 探索出了炮采机装开采工艺 ，并率先在 l 7煤进行 使用 ，效益较好。1 6煤 由于顶板 不平 ，起伏变化 较大 俗称 “ 蘑菇顶” ，最大落差达 3 0 0 m m，现 有的 1 7煤层支架 由于接顶性较差 ，无法在 1 6煤使 用。为此 ，研制开发了适应性更强的分体式炮采薄 煤层液压支架 ，在 1 6煤进行 了开采试验 ，获得成 功。本文介绍该支架的结构及特点 ，希望对类似煤 层赋存条件的支架设计有一定指导作用 。 1 支架型式确定 按架型结构划分 ，支架 主要有掩 护式液压支 架 、支撑式液压支架 、支撑掩护式液压支架 ；按稳 定机构可分为 四连杆液压支架 、单摆杆液压支架 、 单铰点液压支架和直线式组合型液压支架等几种型 式。下面对上述各种架型分别进行分析比较。 1 ． 1 两柱掩护式 一 般来说 ，两柱掩护式具有以下几个特点 伸 缩比大 ，一 般可达 2 ． 4，适应 煤层厚度 变化能力 强 ；平衡千斤顶可调节合力作用点的位置 ，支架对 顶板的适应性强；支架对顶板向煤壁方 向水平推力 较大 ，有利于维护顶板 的完整 ；液压控制系统简 单 ，管路少 ，有利于提高移架速度；对围岩适应性 强，对煤层变化较大的工作面适应性较强。 具体到本工作面 ，该支架其主要存在 以下缺 陷最小采高时，行人空间过小 ；低位时支护效率 低 ；底座前端 比压较大 ；低位时掩护梁背角较小 ， 矸石不能 自由下滑，“ 背矸”现象严重 ，支架附加 力较大。 1 ． 2单摆杆液压支架 该支架的特点是稳定机构采用摆杆机构。行人 空间较大 ，有效地解决了两柱掩护式支架行人空间 过小的缺陷，由于掩护梁与顶梁焊接在一起 ，因而 掩护梁背角较大 ，不存在掩护梁 “ 背矸”现象 。 主要缺点是端面距变化值较大且抗扭能差。由 于稳定机构采用单摆杆机构 ，该机构在支架升降过 程 中作圆周运动，因而端面距变化十分明显。单摆 杆机构在平面力学体系中可简化为二力杆机构 ，抗 扭性较差。而 1 6煤 的最大特点是顶板 凹凸不平， 因而支架顶梁上表面与顶板间的接触以多点接触为 主 ，支架偏载现象严重 ，要求支架必须具有较强的 抗扭性，而单摆杆机构 的最大缺点是抗扭性 能力 差 ，因而不能适应本工作面要求。 1 ． 3 四柱支撑掩护式 四柱支撑掩护式支架的特点是 稳定性好 ，抗 水平力强 ，比压均匀 ，主要适应 2 ，3类 直接顶 ， Ⅱ、Ⅲ级基本顶。对本工作面来说，最大优点是可 以将行人通道设置在前后立柱中间，较为安全 。 综合考虑认为 ，本工作面支架以选择四柱支撑 掩护式支架较为合理。因为现有 的 1 7煤支架使用 【 收稿 日期]2 0 1 1 0 5 2 6 [ 作者简介] 高振伟 1 9 6 1 一 ，男 ，山东临沂人 ，高级工程师 ，现任兖矿集 团北宿煤矿矿长 。 7 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高振伟 炮采 薄煤层液压 支架研 制 2 0 1 1年第 4期 经验表明，四柱支撑掩护式支架对稳定顶板适应性 较好 ，通过 了井下实际生产实践的考验。现将原有 的单摆杆机构更换为四连杆机构 ，增加支架抗扭性 能，进一步完善 了支架性能 ，改进后的支架应该能 适 应 1 6煤赋 存 特点 。 2支 架主 要结构 型式 确 定 2 ． 1 支架 主体 结构 为了适应工作面顶板起伏变化，将支架顶梁与 掩护梁设计为左右对称的分体式结构形式 ，每侧支 架都设置 四连杆式稳定 机构 ，以增加支架抗 扭性 能，底座采用一体式结构 ，增强支架整体稳定性。 采用整顶梁结构 ，顶梁两侧不设活动侧护板 ，以简 化支架结构 、减 轻支架重量 。左右侧顶 梁间隙为 5 0 ra m，由于没有设置侧 推千斤顶 ，将顶梁侧面设 置 2个大耳板 ，以增加支架抗扭性能。采用上述结 构后 ，左右侧 顶梁最大 落差可达 3 0 0 ra m，基本适 应顶板起伏变化 。 2 ． 2伸缩梁结构 伸缩梁的主要作用是超前支护 。放炮后 ，没有 移架前 ，伸缩梁伸出，护住顶板。为了使伸缩梁在 伸出过程中能很好地接顶 ，并且在伸出后能有效地 产生前端初撑力 ，伸缩梁采用弹簧钢板结构 ，伸缩 梁未伸 出时低 于顶 梁上平 面，伸 出过程 中逐渐上 抬 ，并生产初撑 力。伸缩梁行 程 6 0 0 mm，放炮 伸 出后 ，梁端 距 为 3 5 0 m m。 采用分体顶梁结构后 ，由于尺寸限制 ，只能采 用缸径为 4 , 6 3 ／ 4 5的千斤顶 ，并且只能将千斤顶布 置在柱帽两侧。在顶梁中档设置箱形 ，同时将伸缩 板设计为条状结构，以便对伸缩板进行导向。 2 ． 3推移机构 目前支架推移机构主要采用推移框架结构。其 结构包 括推移框架 、连接头 、推移千斤顶 和销轴 等，主要作用是推移输送机 、拉架并对支架进行导 向。由于本项 目支架重量较轻 ，加上工作面为炮采 落煤 ，没有采煤机等综采设备 ，因而推移机构在拉 架 、推溜时侧向力较小 ，为了保证必要 的行人空间 并减化结构 ，将推移千斤顶兼作推移导向机构 ，取 消了推移框架。 推移步距根据炮采 工艺定为 1 2 0 0 mm，推移千 斤顶的行 程定 为 1 3 0 0 m m。当推 移行 程接 近终 点 时，支架 的导向由固定在溜槽上的推移耳座进行导 向定位 ，此时推移千斤顶不受横向载荷 。推移千斤 顶前 端上 部 有 过桥 限位 ，允许 推 移 千 斤顶 上 抬 8 0 ra m；下 部 未封 闭 ，不限位 。 2 ． 4 底 座 底座是将顶板压力传递到底板和稳定支架的部 件 ，除了满足一定 的刚度和强度外 ，还要求对起伏 不平 的底 板适 应 能 力 要 强 ，对 底板 接 触 比压 要 小 。 其主要作用包括 为立柱 、液压控制装置 、推移装 置及其他辅助装置形成安装空间；为工作人员创造 良好 的工作环境 ；具有一定的排矸 、挡矸作用 ；保 证支架的稳定性。 为了尽可能增加人行通道的高度 ，减轻支架重 量 ，前 、后立柱底座部分设计成弹簧钢板的柔性结 构 ，底座后部为刚性整体结构。底座前部为独立 的 左右两部分 ，通过钢板与底部后部连接 ，只能上、 下摆动 ，不能左右摆动 。 2 ． 5 挡煤装置 挡煤装置是挡住爆破落煤时冲向采空区方向的 煤炭 。由于挡煤装置 瞬间承受的爆破 冲击 力相 当 大 ，所以要求挡煤装置既能挡住落煤 ，又不能产生 较大的塑性变形 ；既要适应支架从最低到最高的变 化 ，又要完成挡煤后不影响架前架后的通行和支架 操作过程 中对架前的观察 ；同时还要便于操作 ，易 于更 换 。 为了适应煤层厚度变化 ，挡板设计为双层三级 高度可调结构 ，第 1 级配套支架使用高度为 6 1 0～ 1 0 0 0 m m，第 2级 配 套 支 架 使 用 高 度 为 7 1 0～ l 1 0 0 mm，第 3级配套支架使用高度 8 1 0～1 2 0 0 mm。 放炮前 ，将上 、下活动挡煤板全部横 向抽出 ，封住 前后通道 ，挡煤装置处于放炮挡煤状态。放炮后 ， 将上 、下活动挡煤板全部缩 回，挡煤装置处于通道 打开和可移架状态 。 3结束语 北宿煤矿研制 了 1 0架样机用于 l 6煤工作面 ， 进行 了半 年的井下工业性 试验。井下 试验结果表 明 ，该支架整体结构比较合理 ，没有 出现开焊 、拉 不动架等现象 ，基本适应 了 l 6煤层顶板起伏变化 大的特点 。在实际应用 中发现该支架顶梁较厚 、整 体重量较重 ，有待今后进一步改进。 [ 参考 文献 ] [ 1 ]蒲宝 山 ．较薄煤层高效 开采工作 面设 备优化 配套研究[ D]． 煤炭科学研究总院 ，2 0 0 6 ． [ 2 ]王 国法 ，史元伟 ，陈忠恕 ，等液压 支架控制技术[ M]．北 京 煤炭工业 出版社 ，1 9 9 9 [ 责任编辑 王兴库] 7 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m