适应晋煤集团的6.2m大采高液压支架开发.pdf

第 3期 总第 1 9 0 期 2 0 1 5年 0 6月 机 械工 程与自 动 化 MECHANI CAI ENGI NEE Rl NG ＆ ． AUT MATI ON No ．3 J u n ． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 5 0 3 - 0 1 9 0 0 2 适应晋煤集 团的 6 ． 2 m 大采高液压支架开发 赵喜增 1 ．太原理工 大学 电气工程学 院，山西 太原0 3 0 0 2 4 ；2 ． 山西晋煤集 团 金鼎煤机矿业有 限责任 公司，山 西 晋城0 4 8 0 0 6 摘要 晋煤集 团 3 煤层厚度 6 m 左右 ，赋存稳定 ，有利 于大采高工作面布置。结合现有 的大采 高支架存在 的问题和本地煤矿 的实际情况 ，开发 了 6 ． 2 I l i 大采 高液压支架 ，提高 了晋煤集 团的煤机设计 和制造水平。 关键词 液压支架 ；大采高 ；开发 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标识 码 B 1技 术背 景及 现状 随着采 掘机 械化 程 度 的不 断 提 高 ， 采 掘 机 械结 构 发生了巨大的变化。厚煤层一次采全高是一种经济合 理 的开采方法 ， 一次采全高减少 了巷道掘进和支护工 作量 ， 降低 了开采成本 ， 提高 了资源 回收率； 同时大采 高提 高 了单刀 割煤 量 ， 为 提 高工 作 面生 产 能 力 创 造 了 条 件 。 晋 煤集 团 3 煤层 厚度 6 m 左 右 ， 赋存 稳 定 ， 有 利 于大采高工作面布置 。尤其对高瓦斯矿井， 采用大采 高工作 面 可提 高 回采率 ， 减少 瓦斯 的涌 出 ， 提高 矿井 的 安全生产程 度。但产量和效率并不 总是与采高 成正 比 ， 在很 大程 度上取 决 于工 作 面 地 质条 件 和 液 压 支 架 适应性。采高加大后 ， 工作面矿压显现将明显加大 ， 片 帮和冒顶倾向加剧 ， 顶板管理难度增加 ， 且晋煤集团赵 庄矿和长平矿井下地质条件较差 ， 而晋煤集 团的大采 高支架大部分依靠进 口， 进 口支架的价格非常昂贵 ， 因 此研 发适 合 晋煤集 团 煤炭生 产 的高端 大 采高液 压 支架 非 常必要 。 2技术 难点 结合近年来支架使用经验和实践 ， 在支架研发 中 应着 重解 决 以下 几个 问题 。 2 ． 1 改善 工作 面顶板 控 制 在 支架 设计 上应 优先 考虑 以下 技术 措施 1 提 高支 架 阻力 ， 包 括 初 阻力 和 额定 工作 阻力 。 由于移架期间对顶板支护阻力显著下降， 为避 免顶板 失稳 ， 应适当提高支架初撑力和额定工作阻力 ， 以便使 移架期间对顶板总支护阻力不低于使用直接顶保持平 衡所 需 工作 阻力 。 2 增加 对顶 板 的隔离 或遮 盖 作 用 。 由于支 架 反 复 支撑 作用 ， 除较坚 硬 顶 板外 一 般 总会 在 支 架 上 方 出 现破碎矸石 ， 通过提高支架顶梁对顶板的遮盖率 ， 可避 免破 碎矸 石 落入 工作 空问 内 。 3 设计 可 控 制 和 减 少 机 道 顶 板 冒落 机 构 ， 如 设 置 伸缩 梁机 构 ， 割 煤后 此机 构 可从顶 梁 伸 出 ， 及 时支护 机道上方顶板； 设置完善的护帮装置 ； 支架顶梁前端应 有较 大 支撑 力 。同时 ， 可通 过改 变顶 梁前 、 后 段 比值来 改 变顶 梁载 荷分 布 。此 外 ， 还 需 要 确 定 合 理 立 柱 柱 窝 前 、 后端 比值 。 2 ． 2 提 高 支架的稳 定性 大采高支架随着采高增大稳定性要求增 高， 为保 证 大采 高支 架横 向稳 定 性 ， 应 严 格 控 制 四连 杆 机 构销 轴与孔配合间隙。在有倾角工作面 ， 应控制支架在移 架 过程 中底 座 的下 滑 。为 保 证 支 架 纵 向稳 定性 ， 应 防 止 平衡 千斤 顶拉 长 ， 使 顶 梁处 于高 射炮 状态 ， 最 终导 致 平 衡 千斤顶 失效 。在 设计 四连 杆 机 构 时 ， 顶 梁 运 动 轨 迹 自上而下应为向工作面倾斜的曲线 。 2 ． 3 提 高 支架底座 的适 应性 在软 底条 件下 ， 应减 少底 座前 端 比压 ， 让支 架 能撑 得住 、 走得 动 。 3现 有 大采 高支 架存在 的 问题 1 伸缩梁机构受力太小 ， 不能很好地控制 片帮 冒顶 。 2 工作阻力、 初撑力偏低 。 3 顶 梁封 闭性 差 ， 存 在漏 矸 问题 。 4 在特 殊条件下 的适应性差 ， 如在软底 、 软煤区 。 5 安全可靠性不足 ， 存在安全阀不能及时泄压 、 没有限位保护机构 、 安全阀泄压喷人等问题 。 4支架 设计 开发 中的创新 及质 量保 证 4 ． 1 技 术 参数 根 据 以上理论 ， 针对 现有 支架存 在 的 问题 ， 结合 晋 煤集 团实 际情 况 开发 了新 型 6 ． 2 m 液 压 支 架 ， 型 号 为 Z Y1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 2 D 两柱掩护式伸缩顶梁铰接式二 收稿 日期 2 o 1 4 一 O 6 3 0 ；修 订 日期 2 0 1 5 一 O 2 2 8 作者简介 赵喜增 1 9 8 2 一 ，男 ，山西忻州人，工程 师，_ I 程硕 士，主要从事煤矿机械设计开发 和科技管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 O 1 5年 第 3期 赵 喜 增 适 应 晋 煤 集 团的 6 ． 2 m 大采 高 液 压 支 架 开 发 1 9 1 级护帮电液控制 ， 可配套设备如下 运输 机 J O Y公 司 A F C运输 机 ； 采 煤机 艾柯 夫 S L 5 0 0 ； 皮 带运 输 机 S S J 1 4 o o ／ 2 *4 0 0 。 该 支架 主 要技 术参 数 如下 额 定工 作 阻力 k N 1 2 0 0 0 ； 额 定初 撑 力 k N 7 9 1 7 ； 支架 高度 ram 2 8 O 0 ～6 2 0 0 ； 支架 中心 距 ram 1 7 5 0 ； 支架 支护 宽 度 ram 1 6 6 0 ～ 1 8 6 0 ； 平均 支 护强 度 MP a 1 ． 3 6 ～ 1 ． 4 ； 平均 底 座 比压 MP a 2 ． 8 ～2 ． 8 6 ； 操纵 方 式 电液 控制 ； 尺寸 长 宽 高 ra m 7 7 9 0 1 6 6 0 2 8 0 0 ； 重量 t 3 9 ． 8 ； 额 定供 液 压力 MP a 3 1 ． 5 ； 伸 缩梁 行 程 mm 8 0 0 。 4 ． 2 主要 特 点 该 液 压 支架 属 于高 端 支 架 ， 主要 由底 座 、 顶 梁 、 掩 护梁 、 前 后 连 杆 、 伸 缩 前 梁 、 二 级 挑 梁 、 推 移 杆 及 掩 护 梁 、 顶 梁侧 护板 和 电液 控 制 系 统 等 组 成 。该 支架 具 有 以下特 点 1 根据 矿 压 观 察 结 果 ， 工 作 阻 力 提 高 到 1 2 0 0 0 k N， 是 集 团公 司使 用 工作 阻 力最 大 的支 架 。支 护 强度 增 加 到 1 ． 3 6 MP a ， 初撑 力增 加 到 7 9 1 7 k N ， 有利 于顶 板 维 护 ， 减 少 片 帮 冒顶 。增加 伸缩 梁 加二 级护 板 ， 伸缩 梁 可及 时 伸 出 ， 支 护顶 板 ， 减少 片 帮 冒顶 。伸缩 梁前 端 受力 可达 2 8 0 1 0 N， 对改 善顶板维 护有 重要 意义 。平 衡 千斤缸 径增加 到 0 2 3 0 1T I IT I ， 增加 了平衡 千斤推力 和拉 力 ， 增大 了平衡 千斤 调 控 支架 合 力作 用 点 的作 用 ， 有 利 于顶 板前 端 的维 护 。二 级护帮 由旋转 式 改为折 叠式 ， 二 级 护板 千斤顶 由 1 个增 加为 2 个 ， 增大 了护帮力 。 2 增加多处限位机构 。顶梁、 掩护 梁处 限位机 构可控制顶 、 掩的极 限位置角度 ， 防止平衡 千斤损坏 。 连 杆 限位 机 构可 防 止支 架最 低位 置 时平 衡千 斤 压坏 控 制 器 。一 、 二 级 护帮 千 斤 顶 限 位 机 构 可 防 止 护 帮 板 与 千斤顶干涉 。立柱间增加护网， 可防止碎落煤块伤人 。 通过将顶梁铰点后部分延长遮盖铰接缝 隙、 封闭顶梁 和掩护梁侧护板铰接孔 、 延长侧护板 的三项措施 ， 解决 了支架漏煤问题 。增加平衡 千斤顶安全阀导流管， 防 止泄液喷到工作人员和控制器上。将立柱安全 阀泄液 口朝 下 防止 喷 液伤 人 。每 个 立柱 设 有 2个 5 0 0 L ／ mi n 安全 阀 ， 增 加 了对支 架安 全 保护 性 。 3 推 移 千斤 缸 径 增加 到 2 0 0 mlT l ， 增 加 了推 溜 力 和拉 架力 ， 有 利 于解 决 软 底 条 件 下 大 采 高 支 架 移架 困难 问题 ， 同时支架底座前端保证 圆滑 防止戗底 。抬 底 千斤 缸径 增 加 到 1 6 O 1 T I IT I ， 增 加 了抬 架 力 ， 有 利 于 解决软底条件下大采高支架陷底移架困难问题 。支架 底 座 单侧设 有 调 底 座装 置 ， 可 根 据 现 场需 要 安 装 。顶 梁 留有调 斜装 置安 装位 置 。电液控 制 器在底 座 前部 并 加 高 以方 便操 作 者 观察 操 作 。控 制 器 有 运 输 、 操 作 双 位 置 ， 运输 时 不需 拆 解 控 制 器 ； 控 制 器 为 中英 文 显示 ， 操作界面友好 。前、 后脚踏板增加防滑设计 ， 防滑板与 基 体 直接 铸 为一 体 ， 增 加 其可 靠性 和使 用 寿命 。 4 ． 3 质 量保 证 为保 证 大采 高支 架 的稳定 性 ， 四连杆 与底 座 、 掩 护 梁铰接点配合 间隙不大于 0 ． 7 5 F i l m， 各构件总横 向间 隙不 大 于 8 mi t t 。采 用 零 件 预 镗 孔 、 组 焊并 时 效 处 理 后整体加工孔的工艺方案 ， 保证达到设计要求 。 为保证支架可靠性 、 耐久性 ， 支架大量采用高强度 钢板 ， 材料在使用前进行化验分析， 并进行预处理 。在 加工 时 严格 按该 材 料 的 相关 加工 工 艺 进 行 ， 对 焊 件 进 行全检 、 探伤、 去应力 ， 保证焊接质量 。支架 架问胶管 及接头附件 、 辅 助阀类 、 电液控制装置采用德 国 E E P 公 司产 品 。立 柱 、 千 斤 顶 的密 封 全 部 采 用 E P M 公 司 的进 口产 品 。各 主要 构 件 危 险 截 面安 全 系数 分 别 为 顶 梁柱 窝处 1 ． 6 5 、 顶 梁 端 板 处 1 ． 4 5 、 伸 缩 梁 1 ． 1 8 、 掩 护 梁 3 ． 6 、 前 后 连 杆 1 ． 5 、 底 座 1 ． 7 。结 构 件 加 载循 环 次 数达 到 5 1 O 次 。 5 小 结 目前我们开发的 6 ． 2 IT I 大采 高液压支架 已经 通 过 了煤 科 总 院检测 中心 的 5万 次 标 准 的 型式 试 验 ， 性 能优 良。每架 支架 较进 口支 架可 节 约 资 金 3 0 以上 。 6 ． 2 IT I 大采 高 液 压 支 架 的 开 发 ， 提 高 了晋 煤集 团 液 压 支架的设计制造水平 ， 打破 了外界技术垄断 ， 缩短了与 国外先进水平的差距 。这对于晋煤集团甚至是全国煤 炭行业 都 有重 大 的意 义 。 参 考 文 献 E l i 周雁冰 ， 王高利． 工作面液压 支架 的合 理选 型[ J ] ． 能源技 术 与管 理 ， 2 0 0 8 1 6 0 6 2 ． [ 2 ] 王 国法 ． 大采 高技 术 与大采 高液 压支 架 的开发 研究 V J ] ． 煤矿 开采 ， 2 0 0 9 1 7 - 1 0 ． [ 3 ] 赵 晓强 ． 大采 高掩 护式 液压 支架 的结 构设 计与 分析 [ J ] ． 煤 矿 机 械 ， 2 0 1 2 7 4 0 4 1 ． De v e l o pme n t o f 6 ． 2 m La r g e M i n i ng He i g h t Hy d r a u l i c S u p po r t Ad a p t t o J i n c h e n g An t h r a c i t e M i n i n g Gr o u p ZHAO Xi - z e ng ’ 1 ．Co l l e g e o f El e c t r i c a l En g i n e e r i n g，Ta i y ua n Un i v e r s i t y o f Te c hn o l o g y，Ta i y ua n 0 3 0 0 24，Ch i n a；2 ．S ha nx i J i n c h e n g An t h r a c i t e Mi n i n g Gr o u p J i n g Di n g Mi n i n g a n d Ma c hine r y Co ．，Lt d ．，J i n c he n g 0 4 8 0 0 6，Ch i na Ab s t r a c t Th e c o a l s e a m t h i c k n e s s o f 3 c o a l mi n e o f J i n c h e n g An t h r a c i t e Mi n i n g Gr o u p h a s b e e n f o u n d a b o u t 6 m ，c o n d u c i v e t o t h e c oa l f a c e l a yo ut ．Combi ni ng wi t h t he a c t ua l s i t ua t i o n of t he e x i s t i ng l a r ge mi ni ng he i g ht s u pp or t s a nd t he l o c a l c o a l mi ne c o ndi t i ons ， we r e s e a r c h a nd de v e l op 6 ．2 m l ar g e mi n i ng he i g ht hy dr a ul i c s u pp or t，t o i m p r o ve t h e d es i g n a n d ma nu f a c t ur i n g l e ve l of c o a l ma c hi ne o f J i n c h e n g An t h r a c i t e Mi n i n g Gr o u p ． Ke y wo r d shyd r a ul i c s upp or t ；l a r ge mi ni ng he i g ht ；d e ve l op me nt 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m