ZZC7000/20/40型充填支架改造技術(shù)分析

（唐山開灤鐵拓重型機(jī)械制造有限責(zé)任公司，河北 唐山 063103）

ZZC7000/20/40 型充填液壓支架，是一種新型的煤礦井下機(jī)械化采煤工作面支護(hù)設(shè)備，用于維護(hù)采煤工作面頂板和填充采空區(qū)。同時(shí)，能為輸送機(jī)和工作人員提供安全的工作空間，并能推動(dòng)工作面輸送機(jī)向煤壁方向移動(dòng)，同時(shí)還可以以輸送機(jī)為支點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)支架的自移，從而實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤，解決了機(jī)械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作面的矛盾，又進(jìn)一步改善和提高了采煤與運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備的效能[1]。

實(shí)現(xiàn)充填開采綜合機(jī)械化，可以增加煤炭產(chǎn)量，提高工效，降低成本，減輕礦工的笨重體力勞動(dòng)，并能提高生產(chǎn)的安全性。充填開采對(duì)采空區(qū)進(jìn)行填充，能解決煤礦“三下”（建筑物、鐵路下、水體下）壓煤狀況，減少對(duì)環(huán)境的破壞和資源的浪費(fèi)，有利于維護(hù)人類生存的生態(tài)環(huán)境，是煤礦工業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化及可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[2]。

1 支架的結(jié)構(gòu)組成

該支架是支撐式充填液壓支架，主要是由前梁、頂梁和后頂梁等組成的。

2 支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該支架采用鉸接前梁帶伸縮梁及護(hù)幫板結(jié)構(gòu)，設(shè)置全長側(cè)護(hù)板，前梁在前梁千斤頂?shù)淖饔孟?，可以上下擺動(dòng)，能更好地適應(yīng)不平整頂板條件，頂梁和后頂梁采用雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少架間漏矸石。

為了實(shí)現(xiàn)填充的功能，在前頂梁尾端增設(shè)了后頂梁，后頂梁下部設(shè)置有滑道，采用帶滑槽的高強(qiáng)度箱體焊接結(jié)構(gòu)，后頂梁可以支撐工作面后部空間的頂板，能使充填輸送機(jī)在后刮板伸縮千斤頂?shù)淖饔孟略谥Ъ芎箜斄夯瑒?dòng)。充填輸送機(jī)運(yùn)輸充填物落到需要充填的相應(yīng)采空區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)充填功能。

為了搗實(shí)采空區(qū)的填充物，夯實(shí)結(jié)構(gòu)鉸接在底座上，在擺梁千斤頂?shù)淖饔孟抡{(diào)節(jié)夯實(shí)結(jié)構(gòu)仰角。夯實(shí)結(jié)構(gòu)在壓實(shí)千斤頂?shù)淖饔孟潞粚?shí)填充在采空區(qū)的填充物。夯實(shí)機(jī)構(gòu)采用兩級(jí)伸縮結(jié)構(gòu)，增加夯實(shí)結(jié)構(gòu)的伸縮比，減小支架整體尺寸，夯實(shí)鏟板仿照鏟斗機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，夯實(shí)機(jī)構(gòu)可拆卸。

支架采用正四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，上連桿采用“Y”形結(jié)構(gòu)，前、后連桿均為單連桿結(jié)構(gòu)，與底座鉸接，增大了連桿的抗彎、抗扭能力，提高了支架的穩(wěn)定性，在“Y”形上連桿中間留有觀察口，以便于觀察后部的充填程度。

支架推桿采用整體式長推桿結(jié)構(gòu)，推移千斤頂采用普通倒裝形式。推桿一端通過連接頭與前部運(yùn)輸機(jī)相連，另一端通過推移千斤頂與底座相連，以此完成推動(dòng)前部運(yùn)輸機(jī)和拉架的作用。

底座為高強(qiáng)度箱體焊接結(jié)構(gòu)，有利于浮煤、矸石的排出，支架底座直接作用于工作面底板上，在底座上立柱的鉸接點(diǎn)設(shè)有柱窩，底座與前后連桿的鉸接形式均為單軸孔鉸接，底座尾端設(shè)有鉸接點(diǎn)，用來鉸接擺梁，開檔處設(shè)有推移框架，推移框架在推移千斤頂作用下起推溜移架的作用。

3 該支架改造前存在的問題

ZZC7000/20/40 型充填液壓支架適用于走向長臂后退式開采，采用充填技術(shù)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行填充，該支架適用于開灤集團(tuán)唐山礦業(yè)分公司煤礦。

唐山礦業(yè)分公司Y484 工作面地質(zhì)條件如下。煤層厚度2.9 m~4.41 m，平均厚度3.74 m，煤層傾角7~10°，工作面長度121 m。巖性為炭質(zhì)泥巖。主要配套設(shè)備有MG200/500-QWD 采煤機(jī)、SGZ730/400 刮板運(yùn)輸機(jī)。該采面用先采煤后充填的充填法維護(hù)采空區(qū)頂板，以減少地面沉降等采動(dòng)影響，保護(hù)地面環(huán)境的安全。

唐山礦業(yè)分公司原有的ZZC7000/20/40 充填支架，在生產(chǎn)過程中主要存在以下幾個(gè)問題，不能滿足井下充填的需求。

唐山礦業(yè)分公司Y484 工作面頂板較為破碎，支架后頂梁相對(duì)較長，當(dāng)頂板來壓時(shí)，受頂板壓力較大。

原夯實(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是雙伸縮千斤頂帶二級(jí)伸縮筒的方式，伸縮筒為敞開式設(shè)計(jì)，伸縮筒未設(shè)置漏煤（矸石）口。該采面頂板破碎嚴(yán)重，在支架填充過程中，尾部落煤和運(yùn)輸機(jī)矸石掉落，進(jìn)入原夯實(shí)結(jié)構(gòu)中無法清理，造成夯實(shí)結(jié)構(gòu)的損壞，填充效果不佳。

原夯實(shí)結(jié)構(gòu)通過擺梁千斤頂控制夯實(shí)結(jié)構(gòu)的上下擺動(dòng)，擺梁千斤頂一端連接夯實(shí)結(jié)構(gòu)，一端連接底座。三者構(gòu)成一種費(fèi)力杠桿，調(diào)節(jié)能力較差。

原有夯實(shí)結(jié)構(gòu)鏟板固定方式為銷軸固定，井下使用過程中損壞嚴(yán)重。

4 支架改造過程分析

該文根據(jù)實(shí)際工作情況，對(duì)該支架的改造作重新設(shè)計(jì)，具體如下。

4.1 后頂梁的改造設(shè)計(jì)

按照最大程度地利用舊支架的原則，后頂梁在原支架后頂梁上直接進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。筆者將后頂梁改短并重新校核強(qiáng)度，改變原有千斤頂?shù)陌惭b位置，在保證使用性能的基礎(chǔ)上，減少頂板來壓后支架所受的壓力[3]。具體如下：

后頂梁縮短165 mm，后刮板千斤頂安裝耳座位置左移65 mm。后刮板行程由700 mm 變?yōu)?00 mm。在后頂梁千斤頂達(dá)到工作阻力1 602 kN 時(shí)，后頂梁尖端力為460 kN?？s短后，后頂梁的尖端力增大到487 kN，如圖1 所示。

圖1 支架改造分析過程

后頂梁托梁滑移軌道安裝口前方筋板增加75 mm×60 mm的豁口，用來安裝滑移梁。尾部選用與母材一致的板材焊接。同時(shí)，耳座下端與后頂梁頂板焊接，耳座位置與原支架動(dòng)作互不干擾。

4.2 重新設(shè)計(jì)該支架的夯實(shí)結(jié)構(gòu)

根據(jù)實(shí)際情況，重新設(shè)計(jì)支架夯實(shí)結(jié)構(gòu)，新夯實(shí)結(jié)構(gòu)采用單筒單伸結(jié)構(gòu)。單筒單伸結(jié)構(gòu)較雙筒雙伸結(jié)構(gòu)導(dǎo)向性好，簡單可靠，便于拆裝和維修。如圖2 所示。

圖2 重新設(shè)計(jì)的支架夯實(shí)結(jié)構(gòu)

原支架的調(diào)高方式為底座、擺梁千斤頂與夯實(shí)結(jié)構(gòu)連接，這種連接方式是一種費(fèi)力杠桿，調(diào)高能力較差。新的夯實(shí)結(jié)構(gòu)的調(diào)高方式改為斜拉伸方式，夯實(shí)調(diào)高千斤頂一端連接后頂梁耳座一端連接新夯實(shí)結(jié)構(gòu)的外筒。這種調(diào)高方式調(diào)節(jié)范圍較大，安全可靠[4]。

4.3 夯實(shí)內(nèi)筒的設(shè)計(jì)

原有夯實(shí)結(jié)構(gòu)鏟板固定方式為銷軸固定，在井下使用過程中損壞嚴(yán)重，新夯實(shí)內(nèi)筒鏟板采用與主筋焊接固定的方式，這種方式較原支架銷軸連接方式使用性能更加可靠。

4.4 夯實(shí)外筒的設(shè)計(jì)

夯實(shí)外筒底面和兩側(cè)加裝導(dǎo)軌，增強(qiáng)導(dǎo)向性，減少內(nèi)夯實(shí)筒和外夯實(shí)筒的摩擦，夯實(shí)外筒底板開整體長形孔，頂板開安裝孔，可以減少矸石的堆積。同時(shí)，夯實(shí)外筒前端處加Q460δ60 加強(qiáng)唇板，防止由于夯實(shí)內(nèi)筒向下壓造成外筒前端焊縫開裂。

而夯實(shí)伸縮千斤頂與夯實(shí)外筒采用“U”形座連接。夯實(shí)千斤頂安裝筒底部不封口，并在底板處開設(shè)兩處窗口，如果有矸石被內(nèi)夯實(shí)筒帶進(jìn)去，矸石可以從底部掉落。

4.5 底座的改造設(shè)計(jì)

由于夯實(shí)結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，原有的夯實(shí)結(jié)構(gòu)固定方式發(fā)生改變，受夯推結(jié)構(gòu)焊接的需求，需要在底座上內(nèi)側(cè)主筋位置上加貼板。銷軸的固定方式由方擋銷固定改為擋銷板固定。

5 結(jié)語

液壓支架是現(xiàn)代化煤礦綜采工作中的重要機(jī)械組成部分，起到了支撐煤層頂板、推移刮板運(yùn)輸機(jī)等作用。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和煤礦企業(yè)不斷地壯大，對(duì)這方面的需求越來越大。但是在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，如何進(jìn)一步做好成本和效益的雙重考慮，就顯得十分重要了。經(jīng)過多次實(shí)踐總結(jié)，該次改造設(shè)計(jì)盡可能多地保留了原有ZZC7000/20/40型充填支架的部件，提高了舊件的使用率，進(jìn)而減少成本。改造后該充填支架原有使用性能不受到影響，充填能力進(jìn)一步提升。該支架的完成得到了礦方的認(rèn)可，提升了井下充填開采的效率。對(duì)于開發(fā)利用煤炭資源，提高資源采出率，延長礦井開采年限和實(shí)現(xiàn)高效開采都具有十分重要的意義。