ZC/6600/18/35型四柱支撐式充填液壓支架研究

張士成

(冀中能源邯礦集團(tuán)陶一煤礦,河北邯鄲 056306)

ZC/6600/18/35型四柱支撐式充填液壓支架研究

張士成

(冀中能源邯礦集團(tuán)陶一煤礦,河北邯鄲 056306)

ZC66001835型四柱支撐式充填液壓支架是冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶一煤礦研究的一種新型充填液壓支架。該支架通過對(duì)掩護(hù)式支架改造設(shè)計(jì)可很好地提高該礦的超高水材料充填率、方便職工井下掛充填包操作、提高開采效率及更加方便維修。液壓支架除了要有效的對(duì)頂板進(jìn)行有效支撐，還要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)步驟。通過對(duì)液壓支架后頂梁及后擋板的改進(jìn)可以更好為架后充填安全提供有力保障。

液壓支架 支架部件 充填

1 液壓支架的工作原理

液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作面性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的。

1.1 支架升降

當(dāng)操作閥處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體通過操縱閥液控單向閥5進(jìn)入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。

1.2 支架推移

支架的前移和推移輸送機(jī)是通過操縱閥和推移千斤頂3來(lái)進(jìn)行的。移架時(shí)，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時(shí)輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。

1.3 支架承載過程

支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。(1)初撐階段。在升架過程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥6立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。此時(shí)支架對(duì)頂板的支撐力為初撐力。(2)承載增阻階段。支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。(3)恒阻階段。隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來(lái)越高，當(dāng)升高到安全閥5的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力成為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。

2 支撐掩護(hù)式支架特點(diǎn)

支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。

支撐掩護(hù)式支架的頂梁由前梁與主梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點(diǎn)是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都直接支撐在頂梁上，個(gè)別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。

3 支架主要部件的設(shè)計(jì)要求

各部件設(shè)計(jì)要求要滿足總體配套的要求，就是應(yīng)滿足采煤機(jī)、雙輸送機(jī)和支架配套的空間、架后包式充填開采要求。各部件設(shè)計(jì)的基本要求：(1)支架架型的確定根據(jù)煤層厚度2．5---3．5米，屬于中厚煤層。支架的適應(yīng)高度為2．2---3．6米煤質(zhì)條件老頂II級(jí)、直接頂II級(jí)，底板平整，無(wú)影響支架通過的斷層。(2)前梁由前梁千斤頂控制，可上下擺動(dòng)15°，與頂板保持良好的接觸，維護(hù)機(jī)道上方頂板。挑梁是和前梁鉸接的可翻轉(zhuǎn)支護(hù)板，由防片幫千斤頂控制，可及時(shí)支護(hù)，并超過水平線上挑3°---5°，拉架時(shí)收回，還可在移架后支護(hù)煤壁，以防止片幫。(3)頂梁。頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。頂梁裝有側(cè)護(hù)板，活動(dòng)側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。(4)掩護(hù)梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。(5)底座。底座是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。它既要有足夠的強(qiáng)度和剛度，又應(yīng)滿足底板比壓不超限。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在底座上鉸接四連桿機(jī)構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置拉后輸送機(jī)的千斤頂和推移桿。(6)推移裝置。此機(jī)構(gòu)關(guān)系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組成。推移桿結(jié)構(gòu)有長(zhǎng)推桿或是由兩部分短推移桿組成。(7)液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂。液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成，它應(yīng)保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。

4 充填支架改進(jìn)要點(diǎn)

為提高該礦的超高水材料充填率，將后尾梁厚度由300mm減小到200mm，讓充填包更接近于頂板。為縮短充填包包間距，將充填包之間的一個(gè)支架隔離板改進(jìn)，將架后可伸縮隔板寬度由1．5米縮短到0．8米，包間隔板緊挨可伸縮隔板，將充填包間距由1．5米縮短至0．7米。架后吊包固定環(huán)由3道增加到5道，提高充填包安全系數(shù)。提高支架工作阻力系數(shù)600KN，適應(yīng)七采區(qū)下部煤層埋藏深礦壓大實(shí)際；將側(cè)護(hù)板高度由700mm減小到550mm，增大腳踏板人行空間，實(shí)現(xiàn)架內(nèi)行走更通暢；在充填柱窩填充了聚氨酯海綿，解決煤埋柱窩不方便更換問題；改進(jìn)鉸接千斤頂和前后銷軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決原來(lái)鉸接千斤頂前后銷軸只能升到頂部才能更換問題，極大方便了開采中銷軸的更換。

通過對(duì)ZC6600/18/35型四柱支撐式充填支架技術(shù)改造，大大提高了充填率，從而減少地表下沉量。通過對(duì)支架局部改造，更方便職工行走、搬運(yùn)物料，更加便于技術(shù)工人對(duì)支架維修，提高職工工作效率。

張士成，河北石家莊人，機(jī)電工程師，畢業(yè)于河北科技大學(xué)，在冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶一煤礦工作，曾有多篇論文在國(guó)家和省級(jí)刊物發(fā)表。