提高金属可缩性支架支护效果的研究.pdf

提 高 金 属 可 缩 性 支 架 支 护 效 果 的 研 究 平 项 山 矿 务 两 中国矿业 太学 平 顶山矿 区开拓．准备巷道 ，特别是岩 巷 已实现锚 喷支护，仅局部维修和围岩破碎 巷 道用砌 璇。金属支架和混合支护。 回采巷 道中主要是金属支护，因此 提高金属支护 效果 的研 究，保 证 U型钢 、工字钢支架的可 缩性 ，提高支护强度 ，降低 损坏率，增加复 用次 数，促进安 全生产 ，达到 回采巷 道金属 可缩性支架系列化 这是采准巷道支护改革 急待解决的课题 。 一 、回采巷道支 护形 式的演革 我局 目前有 1 3 对生产矿井， 回采工作面 6 9 个， 普遍采深3 0 0 5 0 0 m． 局 部矿井 达7 0 0 m。 5 O 年 代至6 O 年 代 回采巷道 主 要是木材 支护， 部分架设 水 泥支架 。1 9 5 7 1 9 6 2 年，全局坑 术 消耗3 4 5 m。 ／ 万 t ，其 中回采巷 道 坑 木消耗 占4 O ，术 材支护强度 小， 耗 量 大，原料 缺 。1 9 6 2 年开始在 采准巷道试验 9号 、 l 1 号 、 1 2 号工字钢支护，1 9 7 8 年 已使用1 1 ． 7 万架， 支护巷道6 万m。1 9 7 9 年 坑 术 消 耗 下降到 7 6 ． 2 4 m。 ／ 万t 。1 9 7 9 1 9 8 2 年，在 回 采 巷 道 推 广工字钢梯形支架 1 9 8 2 年 全 局 已使用 2 9 ． 5 万架，坑木消耗下降到4 6 ． 4 6 m ／ 万t 。 随着我局1大部分矿井 转入二水平开采， 采深加大， 矿蓝增大， 软岩比例增加，加上综 采的 发展 ， 回采巷道断面相应加大 ， 要求支架 适应变化的需要 。 1 9 8 4 年首次在十矿 戊 。 层 1 4 2 0 1 综 采 面机巷 试验2 5 u型 钢 拱 形可缩性 支架 ，取 得 良好效果 ，很快在垒局 回采巷遭 推广。 1 9 9 0 年 3月 u型钢支架 已使用1 1 ． 1 万 架 ，支护巷道7 ． 2 万m。 工字钢 支架推广5 6 ． 9 2 0 张林郑巧 荪 华安 增 万架，支护巷遭3 7 万m。1 9 8 9 年全局 坑木消 耗下降到为1 5 ． 2 2 mV万t ，夺 得 能源部坑木 低耗冠 军 。 1 9 8 5 年 我局 与中国矿 业学 院合作研 究u 型钢铰接可缩 支架 ， 在 七矿 巳t 层 2 3 0 7 0 机巷 和 回风巷道 ，试验3 0 0 0 架 ，获 能源部科技进 步三等奖 。1 9 8 8 年我局 与 中国矿大 、市煤旋 学会 合作 研究卡环式工字钢 梯 形 可 缩性支 架 ，在 十一矿 丁 一 层1 5 0 1 0 机巷和五矿 戊 。 层 2 1 0 1 0 回风巷 ，试验 8 0 -9 架 ， 取得较好效果 。 二、叵采巷道 目前 主要 支架 形式和问韪 1 ．工字钢梯 形支 架 这种支架加工简单 ，能保持 煤层 顶板的 完整性， ． 架棚快，成本低。 但它是刚性支架， 不 适应围岩变形的特性 ，截面 利用系数小 ， 稳定性差，一般适用于围岩较稳 定，压力 小 的巷道 ，断 面4 ～7 m 。 随着矿井开采深度的增加 和 综 采 的使 用 ，巷遭压力增大，工字钢梯 形支架 的强 度 和性能不能适应 回采巷道大 断面、大压力 的 需 要 。 2 ． U型 钢 可缩性支架 这 种支架节与节互相搭接 ，能 产生较大 摩 擦阻力，承载力大 ，互换性好 ，截 面利用 系数大 ，稳 定性好，易加工成拱形 可缩性支 架 ，适用于综采面断 面大于8 m 或 炮 采 面顶 板 破碎压力 大的回采巷道 。 ．U型钢可缩支架的可缩性是依靠摩擦连 接 件的轴 向压力超过摩擦 阻力而 产生滑动。 使构 件缩短 。若摩 擦连接处 承 受 较大的弯 维普资讯 矩 ，而轴 向力小 ，卡缆有 可能被 拉坏而 构件 却不 可缩 。为克服支架拒缩 ，适 应于软岩 受 载不 均 ，围岩变量大的巷道 的要求 。研 究U 型钢铰接可缩支架 。 三 、u翌钢 铰接可缩支架 1 ．U型钢铰接 可缩支 架的性 能 这种支架采用定位铰 ，为不 同曲率半径 的圆柱 面搭接，保证构件轴心受压 ，定位铰 上有限位块，在纵向防止构件相对错动，横 向防止构件相对转角过大 ，铰接点采用台金 钢板搭接 图 1。它既保证强度 ，又可克 服铰 接支架易失稳的缺点。 图 1 U型 钢铰 接 可缩支 架 铰接支架 可保证构件轴心受压，并具有 自动调节荷载性能 ，它属于低初 撑增阻式 。 可缩 性能 及稳 定性差 ，曾在 五矿 、一矿 等井 下试验，它优于钢筋混凝土支 架。 u型钢铰 接可缩支架 ，具有高初撑恒 阻 的性能 ，它将铰接支架 和 u型钢 可缩支架的 优 点结合起来 ， 克服 u型钢 可缩支架的缺 点。 它的摩擦 连接 件在铰接 点附近 ，无论在何 种 荷载作用下， 永远是弯矩小， 轴压力大，从而 保 证该支架的 可缩 性，并具有 自动调节载荷 的性能 。恢支架 的摩擦连接件 可 在 地 面装 配，能保证质 量，井 下只需搭接铰接弧板 ， 安装 速度快 ，还 可利用短材 ，并 可作成万能 型，即以少量规 格的构件装 配成 u型钢 铰接 可缩性 支架 2 ．U型钢铰接 可缩支架澎 武和适 应性 i 三节四铰 u型钢 可缩支架 图2 a ， 在 七矿架设 5 5 架进行井下工业性试验。 它较适 应 顶、底板 较松 软岩 层，侧压力大 、断面 8 ～ 1 0 m 的巷道 ，但该支架底 宽小 ，对 运输 、 行人不便 。 2四节五铰可缩支架 图2 b 。在 七矿井 下架设 4 0 架，适用 于顶 、底板松 软、 断面9 1 2 m 的巷道 。 支架 承压大 、构件 之间 可互换 ，形成 万能 型，但支架底 宽小 ，对巷 道运输、行人不便 。试验结果见 表 i。 躅 2 U 型 钢铰 接 可缩 性支 架 l 一短构件 J 0 一 长 构件j 3 一 凸 铰-4 一凹 铰 -5 一耳 卡-6 一不可缩构件 两种u 噩钢可蕾竞槊试■螬暴 寰 1 3三节四铰 U型钢 可缩 斜 腿 支 架 图2 c ，七 矿 加1 5 0 0 架 ，架设 在 断面5 ～ 8 m 的运输巷 和行人巷 。为节省 U型钢 ，提 高 工字钢的承载能力，七矿将拱顶段改用工字 钢 ，腿 长、短构件仍用 U 型 钢，前 后 制 作 2 5 0 0 架 垒用 于掘进和维修巷道 。 4五节二铰 u型钢 封闭式支架 图 2 d 在我局建 井三处六 矿水平 轨道 暗斜井 中使 I l O 0 0 多架 ， 支护顶 、 底板松软 、 有 底鼓 、 断面1 2 1 4 m 的巷道。由于铰接少，可缩环 节 多，易产 生拒缩 ，因而 改为五节四铰封 闭 式支槊 图2 e 。 维普资讯 5四节四铰 u型钢可缩封闭式支架 图2 D ，适用 于顶，底板松软岩层 ， 底鼓 ， 断面9 1 2 m 的巷道 。 6五节五铰 u型钢可缩封 闭式 支架 图2 g ，适用 于围岩 单轴抗压强度2 0 MP a 以下的软岩，断面9 1 2 m。 的巷 道 。 用2 5 U型 钢 加工 的铰接可缩支架 ，若构件变形 ，可改 用 2 9 U或3 6 U型 钢。 3 ． 支 杂 背 板 我 局 回采巷逋金属支架 已取消木背板， 用 杂木杼 、竹笆，金属 网、钢筋 网和菱镁土 等 。 四 、卡环式 工宇钢可缩支架 1 ．卡 环武工字钢 可缩支 栗性 能 这 种支架 的可缩部位 是由两 节工字钢叠 台在一 起，用特 制的铸钢 卡环 连接而成 ， 由 于卡环 的夹 紧作用 ，两 节叠台的工 字钢在 滑 移过程 中，轴 线始终保持平行 ，具有 高初 撑 恒 阻的可缩性能 ，无拒缩现象 。对卡环 的形 状和材料进行多次试验，保证工字钢在滑移 过 程具有5 0 ～1 0 0 k N摩 擦阻力 ，叠 合部 位的 断面抗弯性 能大 于其 它部 位，提高支架 的承 载 能力 ，同时构 件叠 合后 ，原来 的轴心压力 变为偏心压力 ，而偏心压力 引起 的弯矩却 与 外力引起的弯矩方向相反 ，也有利 于提 高承 载能力。支架的可缩部位可根据需要任意组 合 ，既可顶梁、立柱均可缩， 也可只顶粱或 只立柱 可缩 ，可缩量根据需要确定 ，基本上 不 受 限制。 2 ． 结构形 式和适应性 顶 粱、立柱均可缩 的卡环式工宇钢 支架 囝3 a ，在 五 矿 戊 。 层 2 1 0 1 0工作面 回风 巷架设2 5 架进 行工 业性试 验，它适用顶板和 两 帮压力较大 ，断面 4 T n a 的巷道 。 顶 粱可缩卡环式工 字钢支架 囝铀 ，在 十一矿 丁 一 。 层 1 5 0 1 0 ．T ． 作 面机 巷试 验6 9 槊 ， 滑块用工字钢短 材截两 斜块 。该支架适用于 煤层两 帮压力 较大净断面4 ～ m 的巷道 。 试 2 2 验 结果 表明 ，这种支架 优子单棚、对栅工字 钢梯形支架。接着叉在 丁 ． 层1 5 0 7 0 巷扩 大试验3 5 0 架} 五 矿 戊。 Ⅷ 层 2 1 0 5 0 风巷试验 1 5 6 架。试验结果和对比见表 2、表 3 。 囝 3 卡 环式工 字 蛔可缩 支架 1 一粱 ，2 一短拄 ，2 一 戋桂I 4 一卡环 I 5 一滑 块 6 ～ 棚腰 卡环式工宇钢可麓梯形支架试验结果 襄2 加 载 方 式 f 麓 釜鞠 望 霞 嫠 。 蛊 罄 f 荒 要 总 荷 载 k N 初 撑力 k N 橱 动阻 力 k N 可 缩量 m蜘 2 2 1 I 9 B ． 。 5 2 23 0 1 4 5 l O 4 6 9。 S 35 1 6 0 6 5 9 7 5 0 5 6 1 B 0 1 8 6 22 0 梯形工字钢可缩支架和梯形嘲性支架比较 裹5 3 ．工字钢锭接可缩拱形支荣 为 了扩 大工 字钢可缩支架 的应用范 围， 利用铰接 支架 的性 能 ，研制工字钢铰接可缩 拱形支架 围4 a 。 它可提 高工字钢支架 的 承载能力 和断面尺 寸，适用于煤层顶 、底松 软岩层 ，断面6 ～ 8 m 的巷遭 。若巷遭顶 、底 岩层软 ，侧 压大 ，可用 马蹄形 囝4 b ，适 用断 面8 1 0 m 巷道 。若顶 、底 板岩 石松软 易底鼓 ，可 加工成封 阕式圆形工字钢可缩 支 架 ，适 用 巷 道 断 面 8 1 0 m 。 ～ “ 一 ∞ 扑 Ⅲ 一 粱腿 ～ n n 一 支 维普资讯 小 型 9 O 。 拐 弯 刮 板 输 送 机 试 验 研 究 煤炭科学研 究总院太原分 院 罗庆 吉 酮幸玉王强 苏阜 明 粱丽 9 0 。 拐弯 刮板输送机是 近 年来在采煤机 械化发展中推出的一 种新 型工作面输送机 。 这 种设 备首先源于联 邦德 国，随后 英国 、西 班 牙等国亦 研制了具有各 自 特点的9 0 。 拐弯 输送机 联 邦德 国埃森矿 山研 究公 司的采煤 和运输技术试验场 曾对 中型 和 重型的9 O 。 拐 弯输送机作 了系统地试验研究， 目前除 了转 盘式9 0 。 拐弯输送机 外，还 成 功地研制 了偏 双链 滚轮式9 0 。 拐弯输送机 ，并 已 用于并下 生产 。 研制9 O 。 拐弯输送 机 的 目的在于 1减少工作面顺槽过渡段 的煤 尘， 提高生产安全性， 2改 善工作面端 头支护条件 ，减少 该处的事 故， 3可用采煤机 或刨煤机 开采机 窝和顺槽 ，提 高采掘效 率 前进式采煤法 ， 且使 工作 面输送机 和顺槽转载机联为一体 ， 在工 作面端 头取 消一个 传动部 。 国 内对此类输送 机 的 研 制起步较 晚。 1 9 8 6 年和1 9 8 7 年在北京举行的国际采矿设备 博 览会 上，展 出了一 台 西 班 牙生产的小型 e ‘ - { c 图 4 工 字钢铰 接 可缩 拱形 支架 五 、 结 论 性 意 见 1通过对金属可缩性支架的研究 ， 9 0 。 拐弯输 送机 ，引起 了国 内中小 型 煤矿 及 同行们的极大兴趣 。原煤炭 工业部 于1 9 8 7 年 下半年将研究 中、小型 9 O 。 拐弯 输 送机 的项 目列入科研计划 ，本研究就是该 项 目计划 的 一 个 部分 。 1 ．样机 结构特 点 样机是 由煤炭科学研究总 院太原分 院设 计 ，由山东省 昌乐县矿 山机械 厂制造 的。它 以原S G D 3 2 0 ／ 1 8 ． 5 型普 通 刮 板机为基体 ， 设计一转盘机构 和转载搭接装置 ，扩展为该 型号的e 0 。 拐弯输 送 机。其 主 要 技 术特征 如 下 一 设 计长度 8 0 m， 其中工 作 面 长7 0 m， 顺 槽 长1 0 m 可根据生产需 要调整工作面及顺 槽 的铺 设长度。 输送量 4 0 t ／ h。 电机 功率1 1 8 ． 5 k w。 中部槽 尺 寸1 2 0 03 2 0 1 5 0 ram。 圆 环 链 规 格 1 45 0 ram c级 √单 中链 。 减速器传 动比1 2 3 ． 7 1 3 。 总重 8 o O O k g 。 从 支架结 构上 改革 ，保 证 u型钢、工 字钢支 架 的可缩性 。七矿使用 表明，铰 接 u型钢可 缩支架支护 阻力 比普通 u型 钢 可 缩支架大 3 O ，支架损坏率下降2 0 ，支架复用 率大 于 5次 ，并 取消木背板。卡环式工字钢可缩 支架可实现双向 、多 向 可 缩 ，可缩量4 O 0 ～ 8 0 0 mm，巷道维护成本 比刚性 支架 低2 O 。 2 U型钢 、工字 钢铰 接可缩 支架 和 卡环式工字 钢可缩支架 ，均可加工成拱形 、 2 3 维普资讯 9 0 。 转盘的主要特点为，回 转 机构设有 上下两个转盘 ，直径 为6 O O mm，两 转盘 分别 在 溜槽的 上槽和底 槽的 中问 ，作为 刮板 回转 导向轮。刮板的端头直接与转盘槽相接触， } 乏 盘支承在滚动轴 承上，随 着刮板链 的运 行 而 回转 ，可减少 刮板链的运行 阻力和 刮板与 转 盘之 间的磨损 。转盘 中间的轴承两侧装有 端面密封装置 ，以防止煤尘进入轴承 内。为 便于 刮板 进入 和退 出转盘槽 ，在弯 曲槽 的前 后两端各设有一导 向块 。在 弯 曲 槽 的中板 上，设有 三处 窗 口，以便检查底 链运行状况 及排除在 此处可能 出现 的故 障。弯 曲槽与 回 转盘 一起固定 在壳体内，把转盘机构封 闭起 来 图 1 。 图1 9 0 拐 弯输 送机转 盘结 构 2 ．空载运行功率 本 项研究的 目的在于通过测量被试样机 的空载功率，分析被试机的链条预紧力 对空 载功率的影响以及刮板排列方式 对空载功率 的影响 ，以确定被试机的最佳预紧力 参数和 刮板的排列方式 图2 功率 曲线 表明了输送机 刮板为4 6 4 排列且水平 ， 垂直弯 曲铺设 ， 其 空载功率随预 紧力 增加而变 化 的 情 况 刮 板4 6 4 排 列 马蹄 形、圊形断面 ，加大承载 能力 ，可适用 围岩松软 、易底 鼓的巷道 。 3 - U型 钢铰 接可缩支架可 承受不均 匀荷载 ，任 何阻力均 无拒缩，具有 自动 调节 荷载 的性能 。 4 十一矿 丁组煤回采巷逋压力 大， 架设工字 钢梯形 刚性支架 ，受采 动和受压变 形呈倒梯形， 变形严重 ， 构件压裂。同样条件 24 是每4 个链环为第一刮板距， 每 6 个链环为第 二刮板距， 以此类推而组成的 刮板排列。 图 2 被试 机单位 功 率损 牦 与链 条 预 紧 力 的关 系 当链条预紧力 由7 ． 5 k N增加到 i 0 ． 5 k N被 试机正 向运行时 ，其 单 位 长 度空载功率由 0 ． i 2 5 k W／ m增加 到0 ． 1 5 4 k W／ m。可 见 预紧 力 增加4 0 ，单位长度 空载功率 消耗增加 了 2 3 ． 2 。在同样的条 件 下 被 试 机反 向运行 时 ，其单 位长度 空载 功 率 由0 ． 1 2 7 k W／ m增 加到0 ． i 7 6 k W／ m，此时预紧力 增加了4 O ％， 导 致单 位长度 空载功率增加 了3 8 ． 6 ％。 被试机在相同的预紧力 、不 同的 刮板排 列状态下 ，其 单位长度 空载 功率如表 1。 单位长度 空t功率 囊 1 刮 板 排 列 方 式 l 链 条 预 驽 力 k N l 单 位 茬 { 消 耗 被试机直线铺设，链条预紧 力为4 ． 5 k N 时， 刮板6 6 6 排列的单位长度空载功率0 ． 0 9 2 k W／ m，较 刮 板 4 6 4 排列的单 位长度空 载功率0 ． 1 0 8 k W／ m降低 Tx 5 ， 其原 因 是显 下 架设卡环式工 字钢梯形可缩支架 ，因它可 缩让压，受采动仍然完好，保证通风运输 所需断面。 5卡环式工 字钢可缩支架 ，具有 高 初 撑恒 阻的性能，适应围岩变形特点 ，保持 煤层顶板的完整性 ，价格低 ，施工和 回收方 便 ，巷道架设安全可靠。 责任编辑赖应得 维普资讯