综采工作面液压支架运动规律探讨.pdf

2 0 1 5年第 3 期 中州煤炭 总第 2 3 1 期 综 采工作面液压支架运动规律探讨 朱 荣 昌 ， 刘庆 国 平 煤股 份 八 矿 ， 河 南 平 顶 山4 6 7 0 0 0 摘要 通过对 液压 支架运 动规律 和运 动形式影响因素的分析 ， 指 出液压 支架在前移 过程 中作平 动 、 平 面运 动 以及其他复杂运动 ； 支架固有力学特 性和采 面刮板 输送机 的上下滑 动是造 成支架倾 斜 、 挤架 的主要 因素之 一 。结合平煤股份八矿 己 1 4 0 1 0和戊 1 4 1 4 0综采工作 面事故案例 ， 提 出优化设计液压支架 ， 合 理配套液 压支架和刮板输送机 ， 及 时调 整支架运 动状态， 避免刮板 输送 机上 下滑动， 实现液压支架 与刮板输送机 和顶 底板 的动 态平衡等方法 ， 控制综呆工作面液压支架挤架、 倒架 ， 防止顶板事故的发生。 关键 词 液压 支架； 支架倾斜 ； 挤 架； 动态平衡 中图分类号 T D 3 5 5 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 5 0 3 0 0 7 0 0 3 Di s c us s i o n o n M o t i o n La w o f Hy dr a u l i c Su pp o r t s o n Fu l l y m e c h a n i z e d W o r k i n g Fa c e Z h u Ro n g c h a n g ， L i u Qi n g g u o No ． 8 C o a l Mi n e ， Pi n g d i n g s h a n T i a n a n C o a l I n d u s t r y C o ．， L t d ． ， Pi n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 0， C h i n a Abs t r a c t By a n a l y z i ng t h e mo t i o n l a w a n d mo v e me n t f o r m f a c t o r s o f h y d r a u l i c s u p p o r t s ， i t wa s po i n t e d o u t t h a t h y d r a u l i c s up p o r t mo v e i n a c c o r d a nc e wi t h l i n e a r mo t i on， p l a n e mo t i o n a nd o t h e r c o mp l e x mo t i o n．Th e i nh e r e n t me c h a ni c a l p r o pe r t i e s o f s u p po r t a n d v e r t i c a l s l i di n g o f s c r a pe r c o nv e y o r i n mi ni n g s a r s c e ma y b e o n e o f t h e ma i n f a c t o r s t h a t s u p po i nc l i n e d a n d c r o wde d ．Co mbi n e d t h e a c c i de nt s i n V I 1 5 1 4 0 1 0 a n d V9 l 0 1 4 1 4 0 me c h a n i z e d mi n i n g f a c e o f P i n g d i n g s h a n No ． 8 C o a l Mi n e ， t h e a u t h o r s p u t f o r w a r d t h e me a s u r e s s u c h a s t h a t o p t i ma l d e s i g n o f h y d r a u l i c s u p p o rt， r a t i o n a l ma t c h i n g h y d r a u l i c s u p p o r t a n d s c r a p e r c o n v e y o r ， a d j u s t t h e mo v e me n t o f h y d r a u l i c s u p po r t t i m e l y， a v o i d s c r a p e r c o n v e y o r s l i d e u p an d do wn，ma i n t a i n ho me o s t a s i s b e t we e n h y d r a u l i c s u p p o rt a n d s c r a pe r c o nv e y o r ，b y t h e s e me a s u r e s， t h e h y dr a ul i c s up p o r t i nc l i n e a n d c r o wd c a n be c o n t r o l l e d， a n d t h e r o o f a c c i d e n t s c a n b e p r e v e n t e d ． Ke y wo r ds h y dr a u l i c s up p o r t ； s u p po r t d umpi n g； s u pp o r t c r o wd； h o me o s t a s i s 为采煤 工 作面 创 造 安 全 可靠 的综 采 环境 ， 使 综 采 设 备始终 处 在可 控 状 态 下 ， 是 工 作 面得 以顺 利 推 进 的前提条件 。综合机械化采煤工作面 的顶板 控 制 是实 现安 全高 效 回采 的基础 ， 液 压 支架 的支 护 效 果是 顶板 控 制 的关 键 。因 此 ， 综 采 工作 面推 进 过 程 中液压 支架 的运 动 规 律 、 运 行 状 态 和 工作 面设 备 的 防倒 、 防滑 问题 将 成 为 研 究 的重 要 课 题 ， 支 架 的稳 定性 对 实现顶 板 的有效 支护 具有 重要 意义 。 1 液压支架移 架过程中运动规律分析 根据现场生产实践对综采工作面液压支架运动 规 律进 行 分析 ， 液压 支架 在推 移 千斤顶 的作 用下 ， 以 刮板 输送 机 为支 点在 采 面推 进 过程 中 向前 移 动 ， 根 据运 动学 的 观点 ， 将 液 压 支架 在 移 动 过 程 中 的运 动 收 稿 日期 2 0 1 41 03 0 作者 简介 朱荣 昌 1 9 7 2 ～ ， 男 ， 河南辉县人 ， 工程师 ， 1 9 9 5年毕业 于 中国矿业 大学 ， 长期从 事采 煤技术管理工作 。 7 0 轨迹 主要 分 为 3种 形式 平动 、 平 面运动 和其 他复 杂 运 动 。 1 综采面液压支架在 向前拉移 的过程 中作平 动 直线运动 。如图 1 a 所示 ， 当综采面煤层近 水 平 ， 切 眼 与轨道 巷 和运输巷 垂直 的情 况下 ， 液 压支 架 在推 移千 斤顶 向前 拉 移 过 程 中 ， 由于 液压 支 架 不 上 、 下 滑动 ， 因此 液压 支架作 直线 运动 ； 如 图 1 b 所 示 ， 当综采 面伪倾 斜 回采 ， 液压 支架垂 直 于采 面刮板 输 送 机移 动时 ， 若 液 压支架 沿采 面倾 向受 力平衡 ， 则 其 运 动轨迹 为平 动 。 2 在采 面调 整支 架 或旋 转 过 程 中液 压 支 架作 平面运动。如图 2所示 ， 支架在推移千斤顶 向前拉 移过程 中， 由于支架本身前后端旋转特性的不同， 支 架 在顶 底板 两平 面 假 想 间作平 面运 动 ， 即在 运动 的过 程 中既有平 动又 有转 动 。 3 由于倾角大 、 煤层厚或其他 因素影响， 采面 液压支架重心偏离于架体之外或支架所受合力作用 2 0 1 5年第 3期 朱荣 昌， 等 综采 工作 面液 压支 架运 动规 律探 讨 总第 2 3 1期 轨道 运输巷 轨道 运输巷 胶带运输巷 胶带运输巷 a 近水平开采 b 伪倾斜开采 图 1 液压 支架平动示意 轨道 运输 巷 胶带 运输 巷 图 2 液压 支架平面运动示意 点偏 出支架 下边 缘 时 ， 就 会导 致支 架倾 覆 引。发 生 倒 架 、 咬架 、 错位 、 蹬 空 和滑移 趋势 严 重等情 况 下 ， 支 架与顶底板呈线 接触或点接触。此 时， 液压 支架作 复 杂 非 平 动 和 平 面 运 动 ， 对 顶 板 支 护 效 果 差 ， 容 易 造成 顶板 事故 。 2 液压支架运动形式 的影响因素 1 液压 支架 本 身 固有 力 学 特 性 的影 响。 由于 液压支架本身的结构设计要达到对顶板支护的特殊 要求 ， 造成支架重心不居 中， 在矿山压力 、 自身重力 以及推移千斤顶拉力等综合作用下 ， 支架遵 循动力 学 定律 在拉 移过 程 中运 动 。 2 刮 板输送 机 移 动 对支 架 的影 响 。随 着 采 煤 工作 面 不断 向前 推 进 ， 当 刮板 输 送 机 不 上 滑 、 下 滑 ， 沿 直线 向采 面推 进 方 向移 动 时 ， 对 支 架 的运 动不 造 成 影响 。 当刮板 输 送 机 作 平 面 运 动 时 ， 即 向 前 移 动 又沿 倾 向方 向上 滑 或 下 滑 移 动 ， 刮 板 输送 机 的平 面 运动带动支架作非平动形式的运动。 3 液 压支架 与 刮 板 输送 机 运 动 互 相影 响 。当 支架 作 平动 或平 面 运 动 ， 支 架 推 拉 千 斤顶 不 垂 直 于 刮板 输 送机 时 ， 液 压 支 架 对 刮 板 输 送 机 沿倾 向 向上 或向下的推力增大 ， 造成刮板输送机的上滑或下滑 ， 由于刮 板输 送机 的 上滑 或下 滑又会 牵 连支 架 的上 滑 或 下滑 。当液压 架 上滑 或下 滑 与刮板 输送 机上 滑 或 下 滑量 一致 时 ， 液压 支架 与 刮 板 输 送 机 同 时 作平 面 运 动 ； 当液压 支架 上 滑 或 下 滑 量 与 刮 板输 送 机上 窜 或下滑 量不 一致 时 ， 会造 成液 压支 架歪 斜 、 挤架 等现 象发生 。如图 3 a 所示 ， 支架底部 向上滑移量大于 支 架顶 梁 的上滑 量 时 ， 支 架 向下 倾 倒 ； 如 图 3 b 所 示 ， 支 架底 部 向下滑 移量 大 于支架 顶梁 的下滑量 时 ， 支 架 向上倾 倒 。总 之 ， 保 持 刮 板 输 送 机 和液 压 支架 运 动处 于动 态平 衡 状 态 ， 使 液 压 支 架 与 刮板 输 送 机 同时作平 动 或平 面 运 动 ， 保 证 液 压 支架 对 顶 板 的有 效 支护 非 常重要 。 a向 F1顷倒 【 b， 向上 1顷1 到 图 3液压支架倾 倒示 意 3 案例分析 1 平煤 股份八 矿 己 1 4 0 1 0综采 工作面生产 过 程 中 ， 为保 证采 面 刮板输 送 机不 下滑 ， 采 面伪倾 角 调 为约 8 。 Z b r a n 8 5 m m， 其 中 z 为 支 架 拉 移一 个放顶步距伪倾向位移量 ； o t 为采面伪倾角 ； b为采 煤机截深 ， 现场 2组液压支架间的可调节位移量 z 为 7 0／ q q ／T I ， 结 果 造 成支 架 挤 架 ， 直 至 发 生倒 架 事 故 ， 影 响安 全生 产约 1 5 d 。依 据 液压 支架 运 动 规 律 ， 合 理调整采煤工作面伪倾 斜开采 ， 保证液压支架在平 动情 况下 不 发生 挤 架 。如 图 4所 示 ， 液 压 支 架 保 持 平动 ， 支架在拉移一个放顶 步距 截深 时， 当 2组 支 架之 间 的可调 间距 大 于 Z 时 ， 支架 不 发 生挤 架 ， 否 则 ， 支架 在拉 移过 程 中容 易发 生挤 架 。 因此 ， 综 采工 作 面伪倾 角 的调 整不 能超 过 O L a r c t a n 1 ／ b 。 图 4液 压 支 架 移 架 示 意 2 平煤 股份八 矿 戊。 ．。 。 一1 4 1 4 0采 煤工 作 面 中部 顶 板破 碎 、 压 力大 ， 采 用 带压 移 架 的方 法 拉 移 支 架 ， 71 2 0 1 5 年第3期 中州煤炭 总第 2 3 1 期 由于 带压移 架 时支 架 顶 梁几 乎 不 向上 或 向下 滑 动 ， 刮板输送机 的上滑却牵动支架底座 向上运动， 造成 如 图 3 a 所 示情 况 ， 采 面支 架 向下倾 倒 ， 发 生 倒 架 事故 。倾倒 支 架 的顶 梁 与顶 板 为 非 面 接触 支 护 ， 不 能有效 支护 顶板 ， 加 剧 了顶 板破 碎恶 化 ， 影 响安 全生 产近 3 0 d 。 从运动学观点浅析液压支架倒架原 因。如 图 3 所 示 ， 由于支架底 部 向上 下 滑 移 量 与支 架 顶 梁 的 上 下 滑移 量不 一致 ， 液 压 支架 与 刮 板输 送 机 的 动 态 平衡 破坏 ， 特别 是 当顶 板 移 动趋 向和 速 率 与底 板 滑移 不 同步时 ， 引起 工作 面 “ 顶板 一支 架 一底 板 ” 平 衡 系统失稳 ， 造 成液 压支 架移 动过 程 中容易 发 生 倒 架 事故 。 4解决 问题途径 根 据液 压 支 架运 动 规 律并 结 合 现 场生 产 实 践 ， 可 以从 以下几 方 面入 手 ， 解 决 综 采 工作 面液 压 支 架 倒架 、 挤 架等 问题 。 1 从 根 本 上 解 决 倒 架 问题 ， 就 要从 支 架 的 选 型着 手 ⋯ 。正确 对液 压 支 架 和 刮 板 输 送 机 配套 选 型， 保证采面液压支架 与刮板输送 机在 向前移动的 过程 中均保 持 平动 的运 动 轨迹 ， 避 免 两者 上 滑 或 下 滑 ， 实现 液压 支架对 顶板 的最 佳支 护 。 2 当液压 支架 和刮 板 输 送机 运 动 轨迹 不 能 同 时保 持平 动 的情况 下 ， 应 建 立 以防 止 液压 支 架 为 主 的防倒 、 防滑系统 ， 实现液压支架与刮板输送机和顶 底板 的动 态平 衡 ， 防 止 支 架 出现 挤 架 、 倒 架 、 错 位 和 蹬 空等现 象发 生 。 3 当支 架 作 平 面 运 动 时 ， 必 须 及 时 调 整 支 架 的运动 状态 ， 否则 易发 生挤 架倒架 ， 严 重影 响采 面液 压 支架力 学 特性 的发挥 和对 顶板 的支 护效 果 。 4 设 计 液 压 支 架 时 ， 应 考 虑 其 受 力 情 况 下 支 架 的运 动规 律 ， 设 计 防挤 架 、 倒 架 的 可 调 、 抬底 座 的 千 斤顶 ， 使支 架在 移 动 过 程 中 出现 非 平 动 的情 况 下 能 有效 对支 架运 动状 态 进 行 调 整 ， 达 到 对 顶板 的有 效支护 ， 为综采面安全高效生产提供有力的支持 。 5 结语 在综 采 工 作 面液 压 支 架移 架 过 程 中作 平 动 、 平 面运动和复杂运动的同时， 由于支架 自身力学特性、 使用环境和刮板输送机滑动的影响 ， 打破 了液压支 架和刮板输送机 、 支架和顶底板 的动态平衡 ， 造成采 面液压支架挤 架 、 倒架事 故。平煤 八矿 己 1 4 0 1 0 和戊。 1 4 1 4 0综 采 工 作 面 挤 架 、 倒 架 事 故 案 例 说 明 ， 正 确对 液压 支架 和刮板 输 送机 配套选 型 ， 设 计 防 倒 、 防滑系统和可调、 抬底座的千斤顶 ， 实现支架与 顶底 板 、 刮板输 送机 的动态平 衡 ， 是 解 决挤架 、 倒 架 、 错位和蹬空 、 防止采煤 工作面发生顶板事故 的有效 途径 。 参 考文 献 [ 1 ] 王 国法． 液压支架技术[ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 2] 王 国法 ． 液 压 支架 控 制技 术 [ M] ． 北京 煤炭 工 业 出 版 社 ， 2 0 1 O． [ 3 ] 王国法 ． 大采高技 术与大采 高液压支 架的开发研 究 [ J ] ． 煤 矿 开采 ， 2 0 0 9 1 1 _ 4 ． [ 4 ] 宁桂峰 ， 曾明胜． 大倾 角大采 高液压支架设计 研究 [ J ] ． 煤矿 开 采 ， 2 0 1 1 ， 1 6 4 7 1 ． 7 3 ． [ 5 ] 王锁锋 ， 董正坤． 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