ZF6400/17/28放頂煤液壓支架研究

王 鵬 方 芳

（1.三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽 110027；2.遼寧信誠人才服務(wù)有限公司，遼寧 沈陽 110870）

0 引言

放頂煤是針對中厚煤層開采發(fā)展起來的一種采煤工藝， 隨著工作面推進(jìn)，在支撐力的作用下，工作面上的煤體被壓碎破裂，在支架尾部冒落放出的一種采煤方法。放頂煤采煤工藝不受煤層厚度限制，可實(shí)現(xiàn)一次采全高，提高了采煤效率，設(shè)備投資少，巷道布置簡單。近年來，綜采放頂煤技術(shù)取得了較快的普及和發(fā)展，并逐漸成為一種高產(chǎn)的采煤方法。該文綜合考慮煤礦的具體開采條件，根據(jù)現(xiàn)有放頂煤液壓支架應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計(jì)出ZF6400/17/28放頂煤液壓支架。

1 開采煤礦工作面支護(hù)方案

開采煤礦工作面長度200m，工作面走向長度2000m，煤層平均厚度5.5m，工作面傾角小于25°，采面為右工作面。頂板條件為粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖，底板條件為粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖。煤層有夾矸，有斷層，有片幫，瓦斯等級低，煤層埋深410m～500m。該煤層運(yùn)輸順槽和回風(fēng)槽為矩形斷面，運(yùn)輸槽尺寸為4.5m×2.8m，回風(fēng)順槽尺寸為4.5m×2.8m，下井運(yùn)輸方式為斜井。

根據(jù)該礦井特點(diǎn)和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)支護(hù)方案：布置中間支架ZF6400/17/28 共計(jì)132 架，過渡支架6 架，左右各3架，支架前端布置采煤機(jī)和刮板機(jī)，后端布置放煤輸送機(jī)，右側(cè)為轉(zhuǎn)載機(jī)，工作面支護(hù)方案如圖1 所示。該文針對中間支架，介紹了支架的結(jié)構(gòu)形式、液壓系統(tǒng)、技術(shù)參數(shù)等。

圖1 工作面支護(hù)方案

2 放頂煤支架技術(shù)方案

2.1 組成

放頂煤中間支架主要由結(jié)構(gòu)承力件、液壓千斤頂和液壓系統(tǒng)組成，具體如下。結(jié)構(gòu)承力件。頂梁、底座、掩護(hù)梁、前后連桿、尾梁、插板等，各結(jié)構(gòu)件之間通過銷軸鉸接；液壓千斤頂。立柱、推移、尾梁、插板、側(cè)推、抬底、護(hù)幫、底調(diào)等千斤頂；液壓系統(tǒng)。操縱閥、液控單向閥、安全閥和各種規(guī)格的高、低壓軟管及其附件等。

2.2 結(jié)構(gòu)形式

ZF6400/17/28 型放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示，采用正四連桿結(jié)構(gòu)，主要包括頂梁、掩護(hù)梁、底座3個(gè)部分以及用于放煤的尾梁部分。

圖2 放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)形式

頂梁為帶有伸縮梁和護(hù)幫板的整體頂梁結(jié)構(gòu)，如圖3所示，整體頂梁可靠性高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對頂板壓力有較強(qiáng)的平衡能力。側(cè)護(hù)板為全長側(cè)護(hù)板，能夠提升支護(hù)效果，降低架間漏煤情況，提高頂板支護(hù)覆蓋率。頂梁有4 根主筋，2 根內(nèi)主筋，2 根外主筋，主筋材料為熱軋高強(qiáng)度鋼板HG70，厚度為25mm，頂梁中心距為770mm。頂板上有4個(gè)柱帽，為鑄鋼ZG275-485H 材質(zhì)，頂梁前端有容納伸縮梁的導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)，頂梁末端有用于鉸接掩護(hù)梁的安裝孔，2 根主軸穿入其中。伸縮梁內(nèi)置于頂梁前端導(dǎo)向槽內(nèi)，伸縮千斤頂動作，伸縮梁伸出支護(hù)，護(hù)幫在托梁和托梁千斤頂?shù)墓餐浜舷峦瓿芍ёo(hù)動作。

圖3 頂梁示意圖

掩護(hù)梁用于連接頂梁和底座，同時(shí)用于安裝尾梁，如圖4 所示。掩護(hù)梁主筋厚度與頂梁相同，掩護(hù)梁前端有2 組安裝孔，直徑為105mm，用于鉸接頂梁，掩護(hù)梁后端主筋抬高，內(nèi)外主筋構(gòu)成邊腔用于安裝前后連桿，在寬度方向上單邊有5mm 間距。掩護(hù)梁后端還開有鉸接孔，用于安裝尾梁。前連桿為左右連桿組成的雙連桿，后連桿為單一連桿，前后連桿采用新型連桿結(jié)構(gòu)，由兩側(cè)主筋，鋼筒和上下蓋板組成，前連桿鉸接孔中心距為1200mm，鉸接孔直徑為125mm，連桿寬度230m；后連桿鉸接孔中心距為970mm，接接孔直徑為145mm，連桿寬度330mm，連桿上有吊環(huán)和管環(huán)掛塊等液壓相關(guān)件。

圖4 掩護(hù)梁示意圖

支架底座為分體式剛性底座，如圖5 所示，底座的底板是中間分開形式的，推移機(jī)構(gòu)安裝在它中間，與底板接觸，前柱窩前端有鑲嵌式過橋，底座后方為箱型結(jié)構(gòu)式過橋。推移千斤頂采用倒裝方式，推桿前端有連接頭，抬底裝置設(shè)計(jì)在底座中襠前端，靠近前過橋處。具有底調(diào)功能，底調(diào)結(jié)構(gòu)由2 組液壓缸組成，底調(diào)結(jié)構(gòu)可以左右切換，在非底調(diào)側(cè)采用封堵套筒將主筋上的開口封堵，防止底座體中有煤矸石進(jìn)入。具有拉后溜功能，底調(diào)千斤通過鏈條帶動支架后部運(yùn)輸機(jī)行走移動，底座兩側(cè)外主筋前后開水滴形吊裝孔，用于整架吊裝。

圖5 底座示意圖

放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是放煤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)中要求放煤機(jī)構(gòu)不僅能控制采煤層放下的煤，還要將大塊煤破碎，便于刮板機(jī)運(yùn)輸。放煤機(jī)構(gòu)如圖6 所示，放煤機(jī)構(gòu)由尾梁體、尾梁千斤頂、插板和插板千斤頂組成，尾梁與掩護(hù)梁末端鉸接，鉸接孔直徑為85mm，2 組尾梁千斤頂左右對稱布置，尾梁千斤頂固定端與尾梁耳板鉸接，活塞桿端與掩護(hù)梁連接。插板千斤頂連接尾梁和插板，插板千斤頂動作，控制插板伸出或收回。

圖6 放煤結(jié)構(gòu)示意圖

尾梁結(jié)構(gòu)如圖7 所示，外觀尺寸為1420mm×980mm×250mm，由主筋、底板、蓋板、橫筋、框口組成，形成左右2 個(gè)邊腔滑道，插板可以在尾梁的滑道內(nèi)伸出或縮回。在橫筋上的2 組方形耳板，用于安裝插板千斤頂，蓋板上的2 組半圓形耳板，用于安裝尾梁千斤頂，尾梁前端有鉸接孔，用于鉸接掩護(hù)梁，兩側(cè)有護(hù)板，起擋矸石的作用。

圖7 尾梁結(jié)構(gòu)示意圖

插板結(jié)構(gòu)如圖8 所示，外觀尺寸為1310mm×750mm×193mm，由主筋、底板、蓋板、橫筋、縱筋、齒條組成，形成左右2 個(gè)結(jié)構(gòu)箱型，箱型可插入尾梁結(jié)構(gòu)件中。中腔末端橫筋處有方形耳板，用于安裝插板千斤頂，插板前端有陣列的圓錐狀齒條，用于破碎大塊煤。

圖8 插板結(jié)構(gòu)示意圖

放煤動作原理為，通過操作尾梁千斤頂，驅(qū)動尾梁上仰或者下俯，達(dá)到松動頂煤或放煤效果，上仰極限為20°，下俯極限為40°。操作插板伸出，可擋住矸石落入尾部輸送機(jī)，操作插板縮回，實(shí)現(xiàn)放煤，通過操作尾梁千斤頂和插板千斤頂?shù)纳炜s，完成放頂煤支架放煤動作。

2.3 液壓和電控系統(tǒng)

放頂煤液壓支架立柱采用230mm 缸徑液壓缸，4 柱支撐形式，行程為1100mm。頂梁、掩護(hù)梁之間分別設(shè)置了側(cè)護(hù)板，側(cè)推千斤頂采用80mm 的雙作用液壓缸，行程170mm，尾梁千斤頂為160mm 缸徑，460mm 行程。液壓管路連接乳化液泵站和各執(zhí)行元件，各種操作閥控制液壓缸動作，完成支護(hù)動作。

乳化液泵站額定流量：315L/min，額定工作壓力：31.5MPa，主操縱閥帶自鎖功能，立柱和推移主操縱閥采用流量不小于200L/min，其他為125L/min。每根立柱都安裝有流量250L/min 的安全閥，每根立柱選用200L/min 液控單向閥組，以確保支架泄壓的可靠性。尾梁液壓系統(tǒng)安裝液控單向鎖，流量125L/min，安全閥流量160 L/min。液壓噴霧系統(tǒng)配置，前噴霧為每架1 套，后噴霧為每架1 套。液壓支架前端設(shè)有前液壓噴霧系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)移架時(shí)自動噴霧，保證采煤機(jī)割煤后有效滅塵，后噴霧實(shí)現(xiàn)尾梁下擺時(shí)自動噴霧。

該工作面采煤方式為采煤機(jī)、刮板機(jī)和液壓支架三機(jī)配套方式，有中間支架、過渡支架合計(jì)132 架，采用智能電液控形式完成對三機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)智能開采。電液控系統(tǒng)主要由通信網(wǎng)絡(luò)模塊、控制系統(tǒng)模塊、監(jiān)控系統(tǒng)模塊和輔助系統(tǒng)模塊組成，通過以上模塊的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了液壓支架的自動支護(hù)、移架和推溜，可以配合采煤機(jī)、刮板機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動作業(yè)。該電液控系統(tǒng)的采用，提升了煤礦采煤效率，改善了煤礦工人的工作環(huán)境，使煤礦開采更加安全和高效。

3 支架技術(shù)參數(shù)

ZF6400/17/28 放頂煤中間支架主要技術(shù)參數(shù)見表1，液壓系統(tǒng)中立柱主要技術(shù)參數(shù)見表2，千斤頂參數(shù)見表3。

表1 ZF6400/17/28 液壓支架技術(shù)參數(shù)

表2 立柱技術(shù)參數(shù)

表3 千斤頂技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)語

根據(jù)開采礦井工作面情況和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了ZF6400/17/28放頂煤中間支架，該文介紹了該支架的主要結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)參數(shù)、工作原理和電液控系統(tǒng)，由尾梁和伸縮小插板組成的放煤機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的放煤和破煤。該支架已經(jīng)取得了國家《礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書》，在客戶煤礦服役使用過程中，礦方反饋設(shè)備使用過程中運(yùn)行狀態(tài)良好，結(jié)構(gòu)安全可靠，放煤效果好，采出率高，頂板適應(yīng)性強(qiáng)，滿足井下工作面支護(hù)和開采要求。結(jié)果表明，該型放頂煤支架設(shè)計(jì)合理，具備較強(qiáng)的示范性和推廣意義。