7m 液壓支架的設(shè)計(jì)與工業(yè)性試驗(yàn)研究

落國(guó)祥

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

1 項(xiàng)目概況

厚度7m 左右的煤層在我國(guó)有著豐富的儲(chǔ)量，分布十分廣泛。在神華神東礦區(qū)、趙莊礦、王家?guī)X煤礦、安太堡礦以及陜西一些礦區(qū)均有7～8m 厚的煤層。在我國(guó)已發(fā)展采高6m 左右煤層大采高綜采成功的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步加大采高，應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)7m 左右厚煤層見頂見底開采，以真正實(shí)現(xiàn)一次采全高，安全可靠實(shí)現(xiàn)大采高綜采工作面高產(chǎn)高效，促進(jìn)煤炭科學(xué)技術(shù)發(fā)展，提高礦區(qū)開采的經(jīng)濟(jì)效益。王家?guī)X煤礦進(jìn)行了7m 左右厚煤層大采高開采的調(diào)查研究，并提出針對(duì)22303 工作面煤層賦存條件開發(fā)7m 支架，進(jìn)行以7m 支架為代表的綜采成套設(shè)備研究，工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果理想。

2 7m 液壓支架的設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)確定

2.1 支架工作阻力及支架支護(hù)強(qiáng)度的確定

根據(jù)擬用7m 支架煤層賦存條件的分析，依據(jù)大采高液壓支架工作面礦壓特點(diǎn)和支架工作阻力及支架支護(hù)強(qiáng)度確定方法，結(jié)合配套斷面設(shè)計(jì)要求，對(duì)支架縱向穩(wěn)定性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定支架工作阻力為17000kN，支架的平均支護(hù)強(qiáng)度為1.41～1.44MPa。

2.2 支架結(jié)構(gòu)高度

（1）液壓支架：中部支架，ZY17000/32/70D型 掩 護(hù) 式 液 壓 支 架，139 架； 過 渡 支 架，ZYG17000/29/62D 型掩護(hù)式過渡支架，4 架（回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷各2 架）；端頭支架，ZYT17000/27/55D 型掩護(hù)式端頭支架，8 架（回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷各4 架）。

（2）采煤機(jī)：最大采高為6.8m，裝機(jī)功率為3000kW。

（3）刮板輸送機(jī)：槽內(nèi)寬1350mm，裝機(jī)功率不小于3×1200kW。

（4）泵站：?jiǎn)闻_(tái)支架所需流量不小于1500L/min，供液壓力不低于31.5MPa。

支架采高由順槽的4.4m 過渡到中部的6.8m（過渡段的相鄰支架間高差為240mm）。運(yùn)輸巷布置4架端頭支架、2 架過渡架、1 架中部支架，回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷的支架對(duì)稱布置。端頭支架的工作高度為4.4～4.64m，過渡支架的工作高度為4.88～5.12m，中部支架的工作高度為5. 36～6.8 m。

因此，端頭支架的結(jié)構(gòu)高度為2.7～5.5m，過渡支架的結(jié)構(gòu)高度為2.9～6.2m，中部支架的結(jié)構(gòu)高度為3.2～7.0m，支架的高度比較合理，能滿足工作面的正常支護(hù)要求。

2.3 支架的主要技術(shù)參數(shù)、性能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）支架型號(hào)：ZY17000/32/70D 型兩柱掩護(hù)式液壓支架（如圖1 所示）。

圖1 ZY17000/32/70D 型兩柱掩護(hù)式液壓支架

（2）支架高度：3200～7000mm。

（3）工作阻力：17000kN（43.3MPa）。

（4）初撐力（增壓后）：12370kN（14923kN，38MPa）。

（5）支護(hù)強(qiáng)度（f=0.2，H=5.0～7.0m）：1.41～1.44 MPa（如圖2 所示）。

圖2 7m 支架不同高度與支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系曲線

（6）支架中心距：2050mm。

（7）移架步距（有效行程）：865（960）mm。

（8）移架/推溜力：1546/745 kN。

（9） 對(duì) 底 板 平 均 比 壓（f=0.2，H=5.0～7.0m）：2.77～2.79MPa（如圖3 所示）。

圖3 7m 支架不同高度對(duì)底板比壓的關(guān)系曲線

（10） 前 端 對(duì) 底 板 最 大 比 壓（f=0.2，H =5.0～7.0m）：1.79～3.42MPa。

（11）控制方式：電液控制。

（12）單臺(tái)支架完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間：理論計(jì)算9.21s。

（13）支架寬度：1950～2200mm。

（14）支架單重：不大于63t。

（15）支架 運(yùn)輸 尺寸（長(zhǎng)× 寬× 高）：9400mm×1950mm×3200mm。

（16） 立 柱 規(guī) 格： 大 缸 外 徑/ 內(nèi) 徑，Φ580/500mm（材料27SiMn）（如圖4 所示）；中缸外徑/內(nèi)徑，Φ465/360mm（材料27SiMnA）；活柱外徑，Φ320mm（實(shí)心）（材料27SiMn）。

圖4 7m 支架立柱結(jié)構(gòu)

通過以四連桿機(jī)構(gòu)受力最小、縱向尺寸最緊湊為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行充分優(yōu)化設(shè)計(jì)。支架前連桿的最大受力為工作阻力的51.5%，后連桿的最大受力為工作阻力的45.5%。前、后連桿的受力曲線如圖5 所示。

圖5 7m 支架不同高度前、后連桿的受力曲線

2.4 支架主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）支架采用整體頂梁帶1100mm 的伸縮梁結(jié)構(gòu)形式，并設(shè)有增壓增力復(fù)合三級(jí)護(hù)幫機(jī)構(gòu)，伸縮機(jī)構(gòu)和護(hù)幫機(jī)構(gòu)互相獨(dú)立。

（2）每個(gè)立柱下腔上設(shè)兩個(gè)安全閥，一個(gè)流量為500L/min，另一個(gè)流量不小于2000L/min，提高立柱的反應(yīng)速度和抗沖擊能力?？紤]目前國(guó)外該閥現(xiàn)狀，建議采用兩個(gè)流量為1350L/min 的安全閥。

（3）支架設(shè)3 個(gè)人行通道，即立柱前、立柱后部的上下通道。其中，立柱后部下通道寬大于600mm，高2000mm；立柱后部上通道寬大于600mm，帶護(hù)欄，每隔5 架和兩端設(shè)置上下過渡梯。

2.5 過渡支架和端頭支架的情況

過渡支架和端頭支架的結(jié)構(gòu)形式和中部支架類似，只是根據(jù)配套使用情況將支架的結(jié)構(gòu)高度、頂梁長(zhǎng)度、頂梁形式等做相應(yīng)調(diào)整。

3 7m 支架的工業(yè)性試驗(yàn)研究

3.1 工作面概況

王家?guī)X煤礦22303 工作面埋深129～280m，基巖厚度為120～250m，順槽掘進(jìn)時(shí)留有頂煤沿底板掘進(jìn)。直接頂厚0.96～4.2m，以粉質(zhì)泥巖為主；直接底厚0.85～15.25m，以泥巖、粉巖為主。以王家?guī)X煤礦22303 工作面為開采對(duì)象，設(shè)計(jì)7m 支架綜采成套設(shè)備進(jìn)行初步工業(yè)性試驗(yàn)。

3.2 工作面綜采成套設(shè)備選型

22303 工作面長(zhǎng)301m，推進(jìn)長(zhǎng)度為4965m，共使用152 臺(tái)支架。其中機(jī)頭機(jī)尾端頭架使用ZY12000/28/55 型液壓支架7 臺(tái)，機(jī)頭機(jī)尾過渡架使用ZY12000/28/63 型液壓2 臺(tái)，中部使用ZY16800/32/70 型液壓支架143 臺(tái)。工作面采煤機(jī)為JOY 公司7LS7 型采煤機(jī)，工作面運(yùn)輸設(shè)備為DBT3×1000型刮板輸送機(jī)，中部槽為西北奔牛1.2m槽寬、2.05m長(zhǎng)中部槽，配套DBT公司522型破碎機(jī)，帶式輸送機(jī)選用SSJ160/400/3×500 型帶式輸送機(jī)。

3.3 工業(yè)性試驗(yàn)及效果分析

王家?guī)X煤礦22303 工作面于2016 年12 月31日投入生產(chǎn)，采取一日三班工作制，白班檢修4h，生產(chǎn)4h，中班和晚班各生產(chǎn)8h。初步試驗(yàn)累積推進(jìn)400m，過煤量為110×104t。

該工作面試驗(yàn)期間采高為6.2～7.0m，采煤機(jī)牽引速度為5m/min，每刀煤約2200t，最高日產(chǎn)2.2×l04t。經(jīng)礦壓觀測(cè)得知：工作面推進(jìn)距開切眼63m 時(shí)，頂板初次來壓，支架下縮量大，最大下縮量位于第102～131 架之間，其下縮量高達(dá)1.2～1.3m；周期來壓步距為13～17m，壓力相比采高6.2m 時(shí)無明顯變化。

ZY16800/32/70 型液壓支架基本滿足7m 工作面使用要求，但是該支架也存在以下問題：護(hù)幫、伸縮梁動(dòng)作慢；護(hù)網(wǎng)不可靠；一級(jí)護(hù)幫油缸不易更換；部分油缸接頭座、閥座、主進(jìn)回液管焊接質(zhì)量差。這些都需要在以后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)。