正四連桿過(guò)渡支架放煤收煤系統(tǒng)

幸 睿

(大同煤礦集團(tuán) 機(jī)電裝備公司中央機(jī)廠，山西 大同 037001)

近年來(lái)，隨著煤炭市場(chǎng)回暖，動(dòng)力煤需求量日趨增加，隨著開(kāi)采煤層延伸大同煤礦集團(tuán)公司多個(gè)煤礦煤層越來(lái)越厚，為了適應(yīng)特厚煤層的開(kāi)采需要，高端放頂煤液壓支架的使用量越來(lái)越多，中央機(jī)廠作為國(guó)內(nèi)高端液壓支架主要制造工廠之一，也逐步形成了以同煤集團(tuán)千萬(wàn)噸級(jí)礦井、本部延伸礦井工作面綜采放頂煤液壓支架為主打產(chǎn)品的經(jīng)營(yíng)模式。通過(guò)此次對(duì)綜放工作面地質(zhì)條件的考察和“三機(jī)配套”[1]中液壓支架的位置核定，發(fā)現(xiàn)在綜放工作面采煤的過(guò)程中采出率仍無(wú)法達(dá)到理想狀態(tài)，存在漏采和不能完全回收煤炭的現(xiàn)象。為此，塔山礦8216工作面通過(guò)改造靠近中部支架的前面兩架和后面一架過(guò)渡支架，使其具備放煤收煤功能，增加煤炭回收率，提高采煤產(chǎn)值。

1 研究?jī)?nèi)容

為了滿足過(guò)渡架放頂煤、收頂煤的需要，對(duì)大量的綜放工作面“三機(jī)配套”資料進(jìn)行分析，“三機(jī)配套”局部示意圖見(jiàn)圖1.

圖1 綜放工作面“三機(jī)配套”局部示意圖

從圖1中可以看到，靠近中部支架的頭部?jī)杉苓^(guò)渡支架處于后部刮板運(yùn)輸機(jī)的起坡段，而且起坡高度并不大，過(guò)渡槽尚屬于低高度槽，后部頂煤完全可以垮落入刮板機(jī)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)收煤功能。尾部一架過(guò)渡支架同理。

2 設(shè)計(jì)方法

在原“三機(jī)配套”中，過(guò)渡支架[2]的配套斷面圖見(jiàn)圖2.

為了滿足放頂煤、回收煤的要求，對(duì)這3架過(guò)渡支架進(jìn)行了重新配套，做出了新的配套斷面，見(jiàn)圖3.

圖3 改造后過(guò)渡支架配套圖

通過(guò)圖2和圖3 的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)改造前的過(guò)渡支架后部只具備支護(hù)功能，支護(hù)后溜刮板機(jī)的機(jī)組部分，防止落入煤矸石等。改造后的過(guò)渡支架已經(jīng)和后溜刮板機(jī)鏈槽相連，在采煤的過(guò)程中通過(guò)尾梁和掩護(hù)梁的動(dòng)作，使放頂煤直接跨落在后溜刮板機(jī)鏈槽中，最大限度地提高了工作面的采出率。

根據(jù)配套斷面和放煤工藝要求，選定了尾梁、插板、尾梁千斤頂、插板千斤頂?shù)幕竟δ艹叽?，并?duì)過(guò)渡支架放煤機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1) 尾梁的設(shè)計(jì)。

a) 原支架中尾梁的總長(zhǎng)度為1 400 mm，改造后尾梁總長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1 600 mm. 之所以需要加長(zhǎng)200 mm，是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，如果采用1 400 mm長(zhǎng)度，尾梁相對(duì)與其連接的插板長(zhǎng)度較短，不能使內(nèi)部的插板完全伸出。按1 400 mm長(zhǎng)度計(jì)算，插板結(jié)構(gòu)伸出的重心距離與尾梁連接部分力矩較大，對(duì)支架尾部造成極大的負(fù)擔(dān)，增加了支架對(duì)強(qiáng)度的需求，尤其使支架整體的重心靠后偏移，對(duì)支架的穩(wěn)定性造成影響。此外，通過(guò)增加尾梁長(zhǎng)度，能夠具備足夠的支護(hù)空間，通過(guò)尾梁千斤頂?shù)幕剞D(zhuǎn)伸縮，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)后部刮板機(jī)的支護(hù)和放煤、收煤空間的調(diào)整，達(dá)到放煤機(jī)構(gòu)的支護(hù)、放煤、收煤要求。

b) 在原設(shè)計(jì)中，支架不需要放煤收煤機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 400 mm，其后部有結(jié)構(gòu)件擋矸板，當(dāng)支架按照支護(hù)需求伸展，其掩護(hù)梁—尾梁—插板—擋矸板結(jié)構(gòu)支護(hù)長(zhǎng)度約為3 800 mm，滿足工作面支護(hù)需求。如果在不需要放煤收煤的情況下，將尾梁部分設(shè)計(jì)為1 600 mm，相對(duì)內(nèi)部插板結(jié)構(gòu)會(huì)增加400 mm，則總體支護(hù)長(zhǎng)度增加600 mm. 根據(jù)綜放面工作空間要求，若過(guò)渡支架此時(shí)通過(guò)千斤動(dòng)作完成支護(hù)，則會(huì)與后方的煤壁發(fā)生碰撞，造成生產(chǎn)事故。由此可見(jiàn)，不能為了保證正四連桿過(guò)渡兩種支架的尾梁部分互換性，將非放煤機(jī)構(gòu)的尾梁盲目加長(zhǎng)200 mm.

c) 由于尾梁長(zhǎng)度較長(zhǎng)，參照以往非放煤、收煤的過(guò)渡支架尾梁構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度上需要做提升變更，通過(guò)增加橫筋高620 mm×寬420 mm×厚20 mm，提高箱梁斷面積，以加強(qiáng)尾梁強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度。

d) 取消尾梁后端的擋矸板及擋矸千斤的連接耳等相關(guān)結(jié)構(gòu)。由于此時(shí)過(guò)渡支架的功能發(fā)生變化，改造后的過(guò)渡支架已不再保護(hù)后刮板機(jī)機(jī)組，而擋矸板的作用是防止煤矸石的落入。改造后的過(guò)渡支架已完全具備放煤收煤支護(hù)作用。見(jiàn)圖4.

圖4 尾梁改造前后圖

2) 插板設(shè)計(jì)。

插板總長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1 740 mm，比原設(shè)計(jì)中的插板加長(zhǎng)540 mm，能夠通過(guò)其伸縮，伴隨尾梁回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)較大投影面積的支護(hù)功能。通過(guò)圖2和圖3對(duì)比可知，由于過(guò)渡支架底座較高，插板距離后部刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽的高度較大，無(wú)法對(duì)煤、矸進(jìn)行防漏，可能導(dǎo)致后部煤、矸落入后溜槽與底座中間，造成拉后溜困難，甚至導(dǎo)致拉后溜鏈條被擠斷。所以，經(jīng)過(guò)斷面配套圖2確定，原設(shè)計(jì)中支架完全升起后，尾部離底板的最近距離約1 950 mm，在改造設(shè)計(jì)方案后，如圖3，插板到底板的最小距離應(yīng)大于700 mm，而在橫向(x軸方向)的最小距離應(yīng)滿足防護(hù)刮板機(jī)后溜的功能。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)原理中尾梁插板的后擺角度及插板伸出與收回的極限位置的計(jì)算，最終確定改造后的插板長(zhǎng)度1 740 mm. 插板為箱體結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加相應(yīng)的筋板來(lái)增強(qiáng)抗沖擊強(qiáng)度。此外，更改插板與插板千斤頂?shù)倪B接耳位置，在不影響插板千斤頂強(qiáng)度、功能的前提下，確定下連接耳的合理位置，見(jiàn)圖5.

圖5 改造前后的插板圖

3 結(jié) 果

1) 通過(guò)對(duì)塔山礦8216工作面ZFG13000綜放過(guò)渡支架的放煤機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，該套機(jī)構(gòu)重新投入使用后，支架所在工作面巷道壓力明顯降低，巷道來(lái)壓不再劇烈，尤其是順槽巷道內(nèi)的端頭支架維護(hù)量減少，調(diào)架千斤頂?shù)膿p壞情況降低。從巷道地質(zhì)條件變化來(lái)看，底鼓現(xiàn)象不明顯，三角煤處的自由垮落和片幫減少[3].

2) 回收煤炭總量可觀。

每個(gè)工作面按照140架支架計(jì)算，過(guò)渡支架為頭三尾四或者頭四尾五布置，通過(guò)配套改造設(shè)計(jì)，對(duì)過(guò)渡支架進(jìn)行放煤機(jī)構(gòu)優(yōu)化，增加3架放煤支架，占總放煤量的3÷140=2.14%.以塔山礦某工作面日產(chǎn)4.8萬(wàn)t計(jì)算，每天可以增加煤炭回收48 000×2.14%=1 027 t，月回收總量可增加3萬(wàn)t.

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)“三機(jī)配套”綜放工作面的研究，發(fā)現(xiàn)緊貼工作面的頭部?jī)杉芎臀膊恳患苓^(guò)渡支架的起坡坡度較小，可以改造為擁有放煤收煤功能，即由原來(lái)的尾梁—插板—擋矸板支護(hù)結(jié)構(gòu)改造為尾梁—插板放煤、收煤結(jié)構(gòu)，既能提高采出率，又能滿足過(guò)渡支架對(duì)機(jī)頭機(jī)尾部分的支護(hù)要求，符合安全生產(chǎn)要求，增加了綜放工作面的采煤工藝方式。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 于孔玉,王文見(jiàn),顏麗珍.綜采工作面三機(jī)配套技術(shù)研究[J].煤礦現(xiàn)代化,2016(3):22-23.

[2] 錢洋喜.四柱放頂煤過(guò)渡支架縱向穩(wěn)定性的分析與研究[J].煤礦機(jī)械,2015,36(7):68-70.

[3] 陳學(xué)平.綜放工作面頂煤冒落影響因素分析[J].山西焦煤科技,2015,39(5):47-49.