大倾角大采高液压支架设计研究.pdf

第l 6卷 第4期 总第 1 0 1期 2 0 1 1 年 8月 煤矿开采 C o a l mi n i n g Te c h n o l o g y V o 1 ． 1 6 N o ． 4 S e ri e s N o ． 1 0 1 Au g u s t 2 0 1 1 ■E 露疆 大倾 角大 采高液压支架设计研 究 宁桂峰 ，曾明胜 天地科技股份有限公司 开采 设计 事业 部 ，北京 1 0 0 0 1 3 [ 摘 要 ] 介 绍 了 z Q Y 9 O 0 0 ／ 2 4 ／ 5 O大 倾 角 大 采 高 掩 护 式液 压 支 架 主 要 技 术 参 数 ，通 过 对 Z Q Y 9 0 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0大倾 角大采高掩 护式液压支架适 应性分 析，提 出液压支架 的防倒 、防滑及工作 面安全 防护措施 ，有 效地 解决 了5 m左右 大倾 角大采高液压支架 的支 架稳定 性和人员安全 防护措施 的要求。 [ 关键词] 大倾角 ；大采高 ；液压 支架；设计研究 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 1 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 1 0 4 - 0 0 7 1 - 0 3 Po we r e d S u p p o r t De s i g n f o r Mi n i n g Fa c e wi t h La r g e I n c l i n e d An g l e a n d La r g e Mi n i n g He i g h t 煤机装备水平 的提高带动了国内复杂难采煤层 综合机械化采煤的探索和尝试 。但 由于大倾角工作 面固有的困难 ，还仅限于较薄煤层 的推广应用 ，国 内 5 m左右大倾角煤层采用了较小采高的放顶煤开 采。大倾角大采高工作面急需解决好设备倒架 、滑 移 ，矸石飞溅伤人等问题 。 1 工作 面地 质条 件 福城煤矿 8 5 0 m水平一采区 1 9 0 1 S回采工作面 位于矿井南翼第 1区段 ，是本井 田 9层煤第 2个 回 采工作面 ，该工作面对应地面标高为 1 2 4 5 m，平均 埋 深约 2 8 0 m。 平均走 向长 1 9 5 0 m，平 均倾 斜长 1 7 4 m；最大 倾斜长 2 4 0 m。 9层煤分上下两层。上分层结构简单 ，赋存稳 定 ，厚度平均 1 ． 2 m，密度 1 ． 4 t ／ m ；下分层结构较 复杂，煤厚平 均 3 ． 1 m，含有泥岩 夹矸 1至 3层 ， 密度 1 ． 4 t ／ m 。上 下 分层 之 间 的夹 矸 为 泥岩 ，厚 0 ． 3～0 ． 5 m，其顶部含 白色 细砂岩 ，厚 0 ． 1 m。煤 层坚固性 系数 3～4 。直接顶为生物碎 屑灰岩 ，厚 2 m，石灰 岩 底 面 向 上 0 ． 3 m 处 含 泥 岩 夹 层 ，厚 0 ． 2 m；其上为灰黑色泥岩 ，厚 7 ． 7 m；再上 为灰 白 色中砂岩 ，厚 9 m；再 上为黑灰色泥岩 ，厚 4 ． 5 m； 再上 为 8层 煤 ，厚度 1 ． 2 m，含泥 岩 夹矸 ，厚 度 0 ． 2 m；再上为 黄褐色 中一 粗砂岩 ，钙 质胶结 ，厚 1 1 ． 5 m；再上为 灰色粉 砂岩 ，厚 2 ． 4 m；再 上为 7 层煤 ，厚 0 ． 4 m；再上为石灰岩 ，厚 1 m。9层煤直 接底为粉砂岩 泥质胶接 ，厚 4 m，其下 为 1 0层 煤 ，厚 0 ． 6 m。 煤层倾 角 由北 向南逐渐变大 ，南翼最 大达到 5 2 。 ，整个工作面倾角为 2 0～ 4 4 。 。 2大倾角大采高掩护式液压支架的设计 根据矿压观测资料和生产能力核算 ，选择配套 设 备 z Q Y 9 0 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0液 压 支 架 ，Z Z 9 2 0 0 ／ 2 4 ／ 4 5 过 渡 支 架 ，Z T C 3 9 2 0 0 ／ 2 3 ／ 4 2超 前 支 架 ，MG 5 0 0 ／ 1 3 3 0 一 WD采煤机 ，S G Z 1 0 0 0 ／ 2 x 5 2 5刮板机。 2 ． 1 支架的主要技术参数 支架结构如图 1 。 图 1 z Q Y 9 0 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0掩护式液压支架 支架结构高度 2 4 0 0～ 5 0 0 0 ram；宽度 1 6 6 0～ 1 8 6 0 mm；中心 距 1 7 5 0 i l l m；初撑力 7 1 4 1 k N P 3 1 ． 5 MP a ；工作阻力 9 0 0 0 k N P 3 9 ． 7 MP a ；支 护强度 1 ． 1～1 ． 1 7 MP a ；移架步距 8 0 0 mm；泵站压 力 3 1 ． 5 MP a ；操 纵 方式 本架 控制 。 立柱双伸缩 2根 ；缸径 3 8 0 ／ 2 7 0 m m；缸 径 3 6 0 ／ 2 3 5 mm；行 程 2 5 3 0 m m；工作 阻力 4 5 0 0 k N P3 9 ． 7 MP a 。 推移 千 斤 顸 普 通 双 作 用 1根 ；缸 径 [ 收稿 日期 ]2 0 1 1 0 4 0 9 [ 作者简介 ]宁桂峰 1 9 7 2 一 男 ，山东泰安人 ，高级工程师 ，从事综采配套及液压支架设计研究。 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 0 1期 煤矿 开 采 2 0 1 1年第 4期 1 6 0 m m；杆 径 1 1 5 mm； 程 9 0 0 mm。 推 力／ 拉 力 3 0 6 ／ 6 3 3 k N；行 布 曲线图。 护帮千斤顶 1级 普通 双作用 2根 ； 缸 径 1 2 5 m m；杆 径 8 5 ra m；推 力 3 8 5 K N；行 程 4 2 0 m m；工作阻力 4 8 7 k N P 3 9 ． 7 M P a 。 护帮千斤顶 2级 普通双作用 2根 ； 缸 径 8 0 m m； 杆径 4 5 mm； 推力 1 5 8 k N； 行程 3 2 5 mm； 工 作阻力 9 9 k N P 3 9 ． 7 M P a 。 侧推 千 斤 顶 普 通 双 作 用 4根 ；缸 径 l O O m m；杆径 7 0 ram；推力／ 拉力 2 4 6 ／ 1 2 6 k N 。 平衡 千 斤 顶 普 通 双 作 用 1根 ；缸 径 2 3 0 mm；杆径 1 6 0 mm；行程 5 8 0 mm；初撑力 推／ 收1 3 0 8 ／ 6 7 5 k N P3 1 ． 5 M P a ；工作 阻力 1 6 4 8 ／ 8 5 1 k N P 3 9 ． 7 M P a 。 调 架 千 斤 顶 普 通 双 作 用 2根 ；缸 径 1 0 0 mm；杆 径 7 0 ra m；行 程 2 0 0 mm；推 力／ 拉 力 24 6 ／1 2 6k N。 挡矸千斤顶 1 ． 2级 普通双作用 1 根 ； 缸径 8 0 m m；杆 径 4 5 mm；推 力／ 拉 力 1 5 8 ／ 9 8 k N； 普通双作用 2根 ；缸径 6 3 mm；杆径 4 5 m m；推 力／ 拉力 9 8 ／ 4 8 k N。 防滑千 斤顶 普 通 双作 用 0 ． 5根 ；缸径 1 2 5 m m；杆 径 8 5 m m；行 程 6 0 0 m m；推 力／ 收 力 3 8 6／ 2 0 8k N。 防倒千 斤顶 普 通双 作 用 0 ． 5根 ；缸径 1 2 5 m m；杆 径 8 5 m m；行 程 5 0 0 m m；推 力／ 收 力 3 8 6 ／2 08 KN。 2 ． 2支架的适应性分析 大倾角大采高煤层 ，当采高达到 4 ． 8 m、支架 在使用中倾角超过 1 8 。 时 ，重心就 已经偏离于架体 之外，液压支架倒架 、滑移趋势严重 ，综采要求采 煤机防脱 、制动装置安全可靠 ，设备要求高 ，工艺 运行复杂 ，更为重要的是上部煤体矸石对工作面下 部的冲击威胁严重，影响人员操作以及输送机机头 部的设备运行安全 。因此 ，为工作面创造安全可靠 的综采环境 ，使得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 。 综采增大截深的 目的在于确保产量的前提下减 小支架拉架次数 ，减少支架状态的辅助调整时间， 同时在支架设计上突出了大采高支架对大倾角煤层 的结构适应性 ，增强了支架的支护能力 ，平衡千斤 顶对支架控顶调节能力大 ，整体顶梁更好地封闭了 掩护空间，采用 3 8 0 m m缸径立柱，使得支架初撑 力达到了 7 1 4 1 k N，支架接顶能力强，支护效果好 ， 图 2是 Z Q Y 9 O O O ／ 2 4 ／ 5 o型掩护式液压支架合力分 72 图 2 支 架 合 力分 布 曲 线 支架采用二级护帮结构 ，有效维护煤壁 的稳定 性 ，推移机构采用长推杆型式倒拉框架 ，对支架形 成有效的导 向作用 ，大大减少了大倾角条件下分体 推杆的损坏率，方便检修 、更换 。液压系统 中掩护 梁侧护板和顶梁侧护板分别控制 ，使得液压支架调 整及时准确 ，增强 了液压支架调整的可操作性 。 3 支 架的 防倒防 滑设置 大倾角大采高液压支架设计关键是支架能够借 助于缸体力量完成姿态调整，这就要求合适位置布 置调节装置。底座中后部单侧设计调架梁，单侧调 架梁能够使得支架有近 2 0 0 m m 的位置调节量 ，并 且可以适应支架前后调节量不一致 的行程变化 ，调 节力量达到了近 5 0 0 k N，调架梁结构同时配备单 向 锁和安全 阀，完全满足支架滑移矫正的需要。支架 顶梁预留了防倒支承座 ，用于安装柔性防倒装置， 在实际应用中，仅在有倒架趋势时进行牵拉 ，有效 地进行移架 中位置的调整。 过渡液压支架在大倾 角工作面 中位置相当重 要 ，直接影响整个工作面的稳定性。 高工作阻力液压支架受强度的限制 ，普遍采用 双连杆结构 ，一般大倾 角中厚煤层普遍采用 “ 一 单一双” 连杆结构，为过渡支架防倒 防滑装置 的 处理创造了空间。在大采高高工作阻力支架情况 下，在十分有限的空间内，设计有效的防倒防滑装 置 ，这 是大倾 角 大采 高 过渡 液 压 支架 设 计 的难 点 ， Z Q Y 9 O O O ／ 2 4 ／ 5 O大倾角液 压支架充分考 虑了不 同 煤层采高情况下对液压支架移架的要求 ，在底座和 前后连杆之间装置了防滑机构 ，在支架后连杆固定 侧护板下缘预留调节位置 ，如图 3所示。 调节位置能够满足液压油缸的伸缩和圆环链 的 拉紧与调节，充分考虑支架在不同高度时前后连杆 的横 向、纵向距离变化 ，满足支架底座调整地防滑 要求。过渡支架的状态调整 ，对于保证整个工作面 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 宁桂峰等 大倾角大采高液压 支架设计研究 2 0 1 1年第 4期 图 3 过渡支 架防滑结 构 的顺利移架 ，提供一个有效的基点 ，这种支架的防 倒防滑装置在 中问支架 的布置应用 ，增强了支架整 体稳 定性 。 为了完全封 闭掩护空 问，加大侧 护千斤 顶缸 径 ，强 化 过 渡 支 架 侧 护 性 能 ，在 支 架 中 心 距 1 7 5 0 m m情况下设计 了2 5 0 ra m的顶梁和后部侧护板 调节行程 ，配套中通过一架中部液压支架的滞后布 置实现了输送 机过渡段滞后支护 和行人通道 的畅 通 ，在过渡液压支架设置加长侧护板防止上部滚矸 冲击 ，进行有效地隔离 ，弥补过渡支架和中部液压 支架架型的布置不一致所带来 的三角 区搭接问题 ， 保证后部操作人员的有效安全空问。 4支架 的人 员安 全 防护措 施 大倾角大采高工作面最大的问题就是人员的安 全 ，所有设备 的应用 都应该最 大限度地考 虑人性 化。z Q Y 9 0 o 0 ／ 2 4 ／ 5 0大倾角 液压支 架针 对机 道和 行人通道分离的实际要求设计二级挡矸板 ，在支架 立柱后部设计宽敞的行人通道 ，在立柱前面设置防 护网，支架顶梁上设 置二级长度可变 的挡矸装置 ， 电缆槽和挡矸板搭接形成屏障，在不同采高下发挥 隔离带作用 ，让人员躲避工作面上侧矸石冲击带来 的威胁 ，有利于安全生产。该二级挡矸板位于立柱 前侧 ，根据不 同采高调节长度发挥隔离保护作用 ， 可上翻收起不与二级护帮板干涉 ，由于二级护帮采 用 了缸 径 b 6 3 m m 液压 千 斤 顶 横 向布 置 ，不 占用 二 级挡矸板装置的厚度尺寸 ，收起贴紧顶梁完全能够 满足煤层较薄时过机空间采高要求 ，结构如图 4 。 挡矸板同时具有合理观察钻孑 L 以便掌控设备运 行情况 ；在挡矸板下端预留钻孔悬挂较短长度柔性 挡矸带 ，这种处理方式既保证了机采空间的封闭安 全 ，又很好地克服了挡矸刚性体与输送机之间的磕 j ll l ll 蓥 I 蓝 上 上一 垂 一 一 一_ L 一 一- L一 一一 ⋯⋯ 三 垒 ， 图4二级挡矸板结构 碰损坏。煤层倾角超过 4 0 。 时，工作 面综采上部矸 石滚落对下部三角区冲击力量非常大 ，这种冲击在 输送机机头三角区域的影响面积呈扇形扩展 ，在生 产实践 中易于损坏设备 ，严重威胁人员安全 ，通过 支架在输送机机头侧设置矸石防冲击装置 ，减缓冲 击速度 ，对于保护三角区域正常运行发挥重要的作 用 ，特别是在超前支架组一侧 ，在转载机外加装 了 二级保护侧护板 ，保护人员进 出安全。 5 结束语 2 0 1 0年 1 1月开始在福城煤矿 1 9 0 1 S综采工作 面安装 ，整个工作 面倾角较大 ，局部达到 5 2 。 ，仰 俯采达到 1 2 。 ， 设备安装后生产效率高 ，依靠高水 平 的综采管理队伍 ，发挥设备的调节 、防护的主动 性 ，采用双向割煤 ，累计推进 2 5 0 m，设备状态 良 好 ，利用过渡支架防倒防滑调节装置 ，很好地克服 了一般大倾角过渡段留底煤的不利做法，大幅增加 了煤炭 的采出率 ，实现了集约生产和高产高效 ；降 低 了掘进率 ，缓解了采掘接替紧张矛盾 ，改善 了工 作环境 ，减轻了工人劳动强度，保证了工作面的安 全开采 ，取得了良好 的经济效益和社会效益 ，为大 倾角大采高煤层 的综采积累了经验 。由于使用效果 理想 ，福城煤矿于 2 0 1 1 年 5月保持原配套设备再 推广应用一个大倾角大采高工作面。 [ 1 ]王国法 ，等 】 9 9 9 ． [ 2]王国法 ，等 社 ，2 0 1 0 ． [ 参考文献 ] 液压支架技 术[ M]．北京 煤 炭工业 出版社 液压支架控制技术[ M]．北京 煤 炭工业出版 [ 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 ． [ 责任编辑 邹正立] 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m