高振偉

（兗礦集團有限公司北宿煤礦，山東鄒城 273500）

炮采薄煤層液壓支架研制

高振偉

（兗礦集團有限公司北宿煤礦，山東鄒城 273500）

根據(jù)兗礦集團北宿煤礦16煤具體地質(zhì)條件，參照在17煤應(yīng)用較好的薄煤層液壓支架，研制開發(fā)了適用16煤的炮采機裝的頂梁與掩護梁左右對稱的分體式薄煤層液壓支架，最大可適應(yīng)頂板起伏變化300mm，對類似煤層開采具有一定的參考價值。

薄煤層;液壓支架;含硬夾矸

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北宿煤礦主采煤層16煤、17煤為薄煤層，平均厚度0.9m，含有炭質(zhì)砂巖夾矸和黃鐵礦結(jié)核。其中，炭質(zhì)細砂巖夾矸 （堅固性系數(shù)f=7）位于煤層的中下部，呈條帶狀，沿煤層走向分布，厚度在180mm左右 （最大厚度達到210mm），賦存相對穩(wěn)定;黃鐵礦結(jié)核特點是分布廣泛、位置隨機、體積較大 （最大可達300mm×210mm）。由于硬度極高，給正常破煤帶來很大難度。

為了實現(xiàn)上述煤層的安全高效開采，北宿煤礦探索出了炮采機裝開采工藝，并率先在17煤進行使用，效益較好。16煤由于頂板不平，起伏變化較大 （俗稱“蘑菇頂”），最大落差達300mm，現(xiàn)有的17煤層支架由于接頂性較差，無法在16煤使用。為此，研制開發(fā)了適應(yīng)性更強的分體式炮采薄煤層液壓支架，在16煤進行了開采試驗，獲得成功。本文介紹該支架的結(jié)構(gòu)及特點，希望對類似煤層賦存條件的支架設(shè)計有一定指導(dǎo)作用。

1 支架型式確定

按架型結(jié)構(gòu)劃分，支架主要有掩護式液壓支架、支撐式液壓支架、支撐掩護式液壓支架;按穩(wěn)定機構(gòu)可分為四連桿液壓支架、單擺桿液壓支架、單鉸點液壓支架和直線式組合型液壓支架等幾種型式。下面對上述各種架型分別進行分析比較。

1.1 兩柱掩護式

一般來說，兩柱掩護式具有以下幾個特點:伸縮比大，一般可達2.4，適應(yīng)煤層厚度變化能力強;平衡千斤頂可調(diào)節(jié)合力作用點的位置，支架對頂板的適應(yīng)性強;支架對頂板向煤壁方向水平推力較大，有利于維護頂板的完整;液壓控制系統(tǒng)簡單，管路少，有利于提高移架速度;對圍巖適應(yīng)性強，對煤層變化較大的工作面適應(yīng)性較強。

具體到本工作面，該支架其主要存在以下缺陷:最小采高時，行人空間過小;低位時支護效率低;底座前端比壓較大;低位時掩護梁背角較小，矸石不能自由下滑，“背矸”現(xiàn)象嚴重，支架附加力較大。

1.2 單擺桿液壓支架

該支架的特點是穩(wěn)定機構(gòu)采用擺桿機構(gòu)。行人空間較大，有效地解決了兩柱掩護式支架行人空間過小的缺陷，由于掩護梁與頂梁焊接在一起，因而掩護梁背角較大，不存在掩護梁“背矸”現(xiàn)象。

主要缺點是端面距變化值較大且抗扭能差。由于穩(wěn)定機構(gòu)采用單擺桿機構(gòu)，該機構(gòu)在支架升降過程中作圓周運動，因而端面距變化十分明顯。單擺桿機構(gòu)在平面力學(xué)體系中可簡化為二力桿機構(gòu)，抗扭性較差。而16煤的最大特點是頂板凹凸不平，因而支架頂梁上表面與頂板間的接觸以多點接觸為主，支架偏載現(xiàn)象嚴重，要求支架必須具有較強的抗扭性，而單擺桿機構(gòu)的最大缺點是抗扭性能力差，因而不能適應(yīng)本工作面要求。

1.3 四柱支撐掩護式

四柱支撐掩護式支架的特點是:穩(wěn)定性好，抗水平力強，比壓均勻，主要適應(yīng)2，3類直接頂，Ⅱ、Ⅲ級基本頂。對本工作面來說，最大優(yōu)點是可以將行人通道設(shè)置在前后立柱中間，較為安全。

綜合考慮認為，本工作面支架以選擇四柱支撐掩護式支架較為合理。因為現(xiàn)有的17煤支架使用經(jīng)驗表明，四柱支撐掩護式支架對穩(wěn)定頂板適應(yīng)性較好，通過了井下實際生產(chǎn)實踐的考驗?，F(xiàn)將原有的單擺桿機構(gòu)更換為四連桿機構(gòu)，增加支架抗扭性能，進一步完善了支架性能，改進后的支架應(yīng)該能適應(yīng)16煤賦存特點。

2 支架主要結(jié)構(gòu)型式確定

2.1 支架主體結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)工作面頂板起伏變化，將支架頂梁與掩護梁設(shè)計為左右對稱的分體式結(jié)構(gòu)形式，每側(cè)支架都設(shè)置四連桿式穩(wěn)定機構(gòu)，以增加支架抗扭性能，底座采用一體式結(jié)構(gòu)，增強支架整體穩(wěn)定性。采用整頂梁結(jié)構(gòu)，頂梁兩側(cè)不設(shè)活動側(cè)護板，以簡化支架結(jié)構(gòu)、減輕支架重量。左右側(cè)頂梁間隙為50mm，由于沒有設(shè)置側(cè)推千斤頂，將頂梁側(cè)面設(shè)置2個大耳板，以增加支架抗扭性能。采用上述結(jié)構(gòu)后，左右側(cè)頂梁最大落差可達300mm，基本適應(yīng)頂板起伏變化。

2.2 伸縮梁結(jié)構(gòu)

伸縮梁的主要作用是超前支護。放炮后，沒有移架前，伸縮梁伸出，護住頂板。為了使伸縮梁在伸出過程中能很好地接頂，并且在伸出后能有效地產(chǎn)生前端初撐力，伸縮梁采用彈簧鋼板結(jié)構(gòu)，伸縮梁未伸出時低于頂梁上平面，伸出過程中逐漸上抬，并生產(chǎn)初撐力。伸縮梁行程600mm，放炮伸出后，梁端距為350mm。

采用分體頂梁結(jié)構(gòu)后，由于尺寸限制，只能采用缸徑為φ63/45的千斤頂，并且只能將千斤頂布置在柱帽兩側(cè)。在頂梁中檔設(shè)置箱形，同時將伸縮板設(shè)計為條狀結(jié)構(gòu)，以便對伸縮板進行導(dǎo)向。

2.3 推移機構(gòu)

目前支架推移機構(gòu)主要采用推移框架結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)包括推移框架、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機、拉架并對支架進行導(dǎo)向。由于本項目支架重量較輕，加上工作面為炮采落煤，沒有采煤機等綜采設(shè)備，因而推移機構(gòu)在拉架、推溜時側(cè)向力較小，為了保證必要的行人空間并減化結(jié)構(gòu)，將推移千斤頂兼作推移導(dǎo)向機構(gòu)，取消了推移框架。

推移步距根據(jù)炮采工藝定為1200mm，推移千斤頂?shù)男谐潭?300mm。當推移行程接近終點時，支架的導(dǎo)向由固定在溜槽上的推移耳座進行導(dǎo)向定位，此時推移千斤頂不受橫向載荷。推移千斤頂前端上部有過橋限位，允許推移千斤頂上抬80mm;下部未封閉，不限位。

2.4 底座

底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的部件，除了滿足一定的剛度和強度外，還要求對起伏不平的底板適應(yīng)能力要強，對底板接觸比壓要小。其主要作用包括:為立柱、液壓控制裝置、推移裝置及其他輔助裝置形成安裝空間;為工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境;具有一定的排矸、擋矸作用;保證支架的穩(wěn)定性。

為了盡可能增加人行通道的高度，減輕支架重量，前、后立柱底座部分設(shè)計成彈簧鋼板的柔性結(jié)構(gòu)，底座后部為剛性整體結(jié)構(gòu)。底座前部為獨立的左右兩部分，通過鋼板與底部后部連接，只能上、下擺動，不能左右擺動。

2.5 擋煤裝置

擋煤裝置是擋住爆破落煤時沖向采空區(qū)方向的煤炭。由于擋煤裝置瞬間承受的爆破沖擊力相當大，所以要求擋煤裝置既能擋住落煤，又不能產(chǎn)生較大的塑性變形;既要適應(yīng)支架從最低到最高的變化，又要完成擋煤后不影響架前架后的通行和支架操作過程中對架前的觀察;同時還要便于操作，易于更換。

為了適應(yīng)煤層厚度變化，擋板設(shè)計為雙層三級高度可調(diào)結(jié)構(gòu)，第1級配套支架使用高度為610～1000mm，第 2級配套支架使用高度為 710～1100mm，第3級配套支架使用高度810～1200mm。放炮前，將上、下活動擋煤板全部橫向抽出，封住前后通道，擋煤裝置處于放炮擋煤狀態(tài)。放炮后，將上、下活動擋煤板全部縮回，擋煤裝置處于通道打開和可移架狀態(tài)。

3 結(jié)束語

北宿煤礦研制了10架樣機用于16煤工作面，進行了半年的井下工業(yè)性試驗。井下試驗結(jié)果表明，該支架整體結(jié)構(gòu)比較合理，沒有出現(xiàn)開焊、拉不動架等現(xiàn)象，基本適應(yīng)了16煤層頂板起伏變化大的特點。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該支架頂梁較厚、整體重量較重，有待今后進一步改進。

［1］蒲寶山.較薄煤層高效開采工作面設(shè)備優(yōu)化配套研究［D］.煤炭科學(xué)研究總院，2006.

［2］王國法，史元偉，陳忠恕，等.液壓支架控制技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1999.

TD355.43

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1006-6225（2011）04-0076-02

2011－05－26

高振偉 （1961－），男，山東臨沂人，高級工程師，現(xiàn)任兗礦集團北宿煤礦礦長。

［責(zé)任編輯:王興庫］

礦壓與災(zāi)害控制