齊 濱

（晉城乾泰安全技術(shù)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

引言

動(dòng)力支架是長(zhǎng)壁系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，緊挨著采煤機(jī)（采煤機(jī)或犁）和刮板輸送機(jī)。它的主要任務(wù)是控制頂板，保護(hù)沿墻工作的人員和其他機(jī)器不受頂板巖石脫落和從長(zhǎng)壁表面脫落的煤塊的影響。支架在墻的前方后方移動(dòng)，同時(shí)負(fù)責(zé)移動(dòng)墻刮板輸送機(jī)的水槽。支護(hù)體的選擇要考慮到支護(hù)體的開(kāi)采、地質(zhì)條件和圍巖參數(shù)，才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用[1]。

1 材料和方法

為了使支架能夠正確運(yùn)行以及保證維護(hù)開(kāi)挖頂板的良好條件，選擇合適的支架，即選擇支架作用于頂板的力是一個(gè)重要的因素。根據(jù)支撐運(yùn)行周期的不同階段，有三種類型的承載能力：初始、標(biāo)稱和工作。初始承載能力是在支架擴(kuò)大時(shí)獲得的，它取決于墻內(nèi)主供給線上的供給壓力。當(dāng)支架接管頂板巖石的壓力后，截面的承載能力變?yōu)楣ぷ鞒休d能力。相比之下，額定載荷能力是支腿顯示其順應(yīng)性的力，這取決于支腿閥塊中安全閥的開(kāi)啟壓力。

本文測(cè)試了一種特殊的液壓系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），該系統(tǒng)配備了具有自動(dòng)膨脹功能的雙閥塊，由一個(gè)閾值閥（2c）和一個(gè)止回閥（2d）組成，并通過(guò)第二個(gè)止回閥（6）和一個(gè)截止閥（10）連接到供應(yīng)管道（15）。位于區(qū)塊內(nèi)的閾值閥（2c）的開(kāi)啟壓力設(shè)置為9 MPa。這意味著自動(dòng)壓力功能不能低于該設(shè)置。當(dāng)支腿膨脹超過(guò)9 MPa 時(shí)，自動(dòng)膨脹系統(tǒng)啟動(dòng)。盡管膨脹功能被操作人員中斷，但它確保了支腿的膨脹到所需的初始等負(fù)載能力，并達(dá)到供應(yīng)線的最大壓力值。在液壓系統(tǒng)中使用雙閥塊（2）來(lái)自動(dòng)擴(kuò)展支腿是一個(gè)必要條件，因?yàn)樗梢苑乐乖趦?nèi)泄漏的情況下，支腿活塞下的空間壓力下降。其目的是確保獲得初始和工作負(fù)載能力[2-5]。此外，該系統(tǒng)在活塞空間裝有一個(gè)超流量閥（5）。這種閥設(shè)計(jì)用于保護(hù)連接閥組和腿活塞上方空間的液壓管路免受損壞。在內(nèi)部泄漏和活塞上方空間壓力超過(guò)連接管道強(qiáng)度的情況下，以及在單支管段執(zhí)行膨脹控制功能時(shí)，它是有效的保護(hù)。實(shí)現(xiàn)了與該系統(tǒng)串聯(lián)的附加單向閥的自動(dòng)膨脹系統(tǒng)。其目的是在單向閥受到污染的情況下，消除液體回流到主供應(yīng)管路的可能性。

圖1 動(dòng)力頂板支架自動(dòng)擴(kuò)展液壓系統(tǒng)

在新解決方案中，系統(tǒng)自動(dòng)平衡柱塞空間的腿的壓力到所需的值。在供應(yīng)管線壓力波動(dòng)的情況下，當(dāng)管線壓力增加時(shí)，新系統(tǒng)將自動(dòng)做出反應(yīng)，然后補(bǔ)償支腿活塞腔的壓力，以實(shí)現(xiàn)所需的初始和操作支持。此外，新系統(tǒng)對(duì)機(jī)械動(dòng)力頂板支架工作周期之間可能發(fā)生的任何壓力下降都能自動(dòng)做出反應(yīng)，例如由于內(nèi)部泄漏。如果檢測(cè)到支腿子活塞空間的壓力下降，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重新增壓，以確保該段的穩(wěn)定運(yùn)行。與傳統(tǒng)的解決方案不同，腿內(nèi)的壓力是自動(dòng)平衡的，無(wú)需操作人員干預(yù)。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，作業(yè)人員必須持續(xù)監(jiān)測(cè)支架和供應(yīng)線的壓力，以提供所需的支持。如果分段作業(yè)人員沒(méi)有注意到壓降，那么分段作業(yè)就會(huì)缺少支撐。

2 結(jié)果與討論

測(cè)試是在一個(gè)長(zhǎng)墻中進(jìn)行的，在動(dòng)力支撐部分安裝了一個(gè)自動(dòng)膨脹系統(tǒng)。為了獲得測(cè)試結(jié)果，提出的解決方案配備了無(wú)線壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；钊臻g的壓力傳感器安裝在動(dòng)力支架上。壓力在連續(xù)系統(tǒng)中測(cè)量，采樣率為1 s，不斷監(jiān)測(cè)配備了自動(dòng)腿伸縮液壓系統(tǒng)動(dòng)力支架的運(yùn)行情況。根據(jù)液壓支架選定區(qū)段的液壓支架支腿壓力監(jiān)測(cè)記錄，進(jìn)行了試驗(yàn)分析。對(duì)長(zhǎng)壁開(kāi)發(fā)的兩個(gè)具體階段進(jìn)行了分析：一是自動(dòng)伸腿原型系統(tǒng)裝配前；二是自動(dòng)支腿伸直安裝完成后。

如圖2 所示，在完成動(dòng)力支架的擴(kuò)張作業(yè)后，支腿的壓力明顯下降。初期的壓降呈現(xiàn)擴(kuò)張的動(dòng)力支持，結(jié)果之間的相互操作性支持當(dāng)?shù)貤l件、巖體的影響以及相鄰部分長(zhǎng)壁和安全閥的特點(diǎn)在液壓系統(tǒng)中使用。這種壓降可以在幾分鐘內(nèi)從2 MPa 變化到5 MPa。分析圖表顯示，膨脹截面之間的壓差很大，達(dá)10 MPa 以上。在前一個(gè)和下一個(gè)擴(kuò)展周期中可以看到類似的度量。壓力差是在獲得所需的初始承載能力之前中斷支撐擴(kuò)張的結(jié)果。在圖2 中，43 段、44 段、45段支腿之間的壓差為20 MPa。

圖2 動(dòng)力支架支腿壓差的測(cè)量

對(duì)采用自動(dòng)擴(kuò)腿系統(tǒng)的動(dòng)力長(zhǎng)壁支架的運(yùn)行情況進(jìn)行了研究分析，結(jié)果表明，在初始承載力差異較大的長(zhǎng)壁開(kāi)挖中，動(dòng)力支架可以進(jìn)行擴(kuò)腿。這種差異主要是由于主要供給線的壓力波動(dòng)和擴(kuò)大支撐后不久壓力下降造成的。長(zhǎng)壁開(kāi)挖擴(kuò)段后液壓系統(tǒng)壓力下降，導(dǎo)致頂板沿墻長(zhǎng)支撐不均勻。這就影響了動(dòng)力支架與巖體的不恰當(dāng)配合。初始承載能力最小的動(dòng)力長(zhǎng)壁支架的擴(kuò)展對(duì)動(dòng)力支架的擴(kuò)展時(shí)間有顯著影響。如圖3 所示，大約是30 s。各供電支架之間的支持?jǐn)U展存在差異。43 號(hào)、44 號(hào)和45 號(hào)，這是由于主供電線路的壓力波動(dòng)以及長(zhǎng)壁動(dòng)力支撐擴(kuò)張后不久支撐腿的典型壓力下降造成的。通過(guò)對(duì)支撐支腿自動(dòng)擴(kuò)展原型系統(tǒng)的分析，可以實(shí)現(xiàn)在供電線路暫時(shí)壓降的情況下，支撐支腿能夠擴(kuò)展到最大初始負(fù)載能力，原型系統(tǒng)還消除了支架擴(kuò)張后不久支架腿的壓力下降。使用原型液壓系統(tǒng)自動(dòng)擴(kuò)張支架會(huì)導(dǎo)致支架之間的初始負(fù)載能力略有差異。43 號(hào)、44 號(hào)和45 號(hào)保證了動(dòng)力支撐段在長(zhǎng)壁中的穩(wěn)定運(yùn)行。

該原型自動(dòng)膨脹系統(tǒng)通過(guò)降低最小膨脹壓力的水平，可以顯著縮短動(dòng)力長(zhǎng)壁支架的膨脹時(shí)間。如圖3 所示，膨脹時(shí)應(yīng)超過(guò)的壓力閾值保持在25 MPa 的水平。通過(guò)在整個(gè)長(zhǎng)壁系統(tǒng)中配備一個(gè)具有自動(dòng)膨脹系統(tǒng)的動(dòng)力支架，可以將支架的最小膨脹壓力閾值設(shè)置為20 MPa。然后，由自動(dòng)擴(kuò)展系統(tǒng)將動(dòng)力支架進(jìn)一步擴(kuò)展至25 MPa 以上的最大初始承載能力。如圖3所示，其中支架的擴(kuò)展時(shí)間減少到大約20 s。

圖3 支腿內(nèi)壓力值的歷程

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用典型的自動(dòng)腿擴(kuò)張系統(tǒng)，消除了腿擴(kuò)張后立即出現(xiàn)的壓力下降問(wèn)題和獲得所需初始承載能力的問(wèn)題。提出的控制系統(tǒng)的新解決方案使采場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行成為可能，這對(duì)正確控制采場(chǎng)頂板和保證采場(chǎng)安全具有重要意義。該系統(tǒng)能夠抵抗主供應(yīng)線的壓力波動(dòng)和內(nèi)部泄漏。同時(shí)，所提出的解決方案減少了支腿擴(kuò)張時(shí)間，相對(duì)于整個(gè)機(jī)械綜合體的運(yùn)行，可縮短采礦周期時(shí)間。這些試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際結(jié)論對(duì)用戶和房屋生產(chǎn)廠家提高長(zhǎng)壁建筑群中機(jī)械支架的可靠性有一定的幫助，從而提高整個(gè)建筑群的安全性。下一步可能是對(duì)整個(gè)長(zhǎng)壁綜合體進(jìn)行全面研究。根據(jù)所取得的經(jīng)驗(yàn)和研究成果，對(duì)所提出的液壓系統(tǒng)進(jìn)行各種類型的動(dòng)力支架試驗(yàn)。