一種超前支護(hù)自動抬高推移機(jī)構(gòu)的研究

崔貝貝

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán) 金鼎公司，山西 晉城 048006)

0 引言

目前，隨著煤礦開采的機(jī)械化、少人化和智能化的大力推廣，超前支架已經(jīng)在各煤礦井下得到普遍應(yīng)用。根據(jù)調(diào)研，90%以上的在用超前支護(hù)均為兩架一組邁步自移式結(jié)構(gòu)。超前支護(hù)的應(yīng)用相較以前的單體柱支護(hù)形式，在提高支護(hù)強(qiáng)度、支護(hù)面積、掘進(jìn)速度以及降低勞動強(qiáng)度等方面均有大幅改善，有力地推動了煤礦科技采煤的發(fā)展。但根據(jù)使用反饋，受井下特殊地質(zhì)條件限制，依然存在移架難和推進(jìn)慢的問題。主要表現(xiàn)在以下兩個方面：①對于井下巷道，其絕大部分底板實際是凹凸不平、軟硬不均的，在工作面采掘推進(jìn)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)支架底座前端積煤、積石等現(xiàn)象，導(dǎo)致支架無法及時快速推進(jìn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度；②超前支護(hù)為左右兩架一組結(jié)構(gòu)型式，其底座寬度一般在500 mm～800 mm范圍內(nèi)，由于底座寬度較窄且中間部分為實體形式，無法像中間支架一樣設(shè)置抬高和推移機(jī)構(gòu)，移架過程中若遇到積煤或障礙時，無法有效及時移架，對此問題目前主要依靠人工進(jìn)行清煤、清障，不但清理速度慢、勞動強(qiáng)度大，還存在一定危險性，尚無很好的解決辦法。

針對目前超前支架存在的以上問題，為積極響應(yīng)國家提出的煤礦綠色、高效開采模式，研制一種超前支架可自動抬高和推移的輔助移架機(jī)構(gòu)具有現(xiàn)實意義。

1 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

1.1 研究目標(biāo)分析

針對超前支架特殊結(jié)構(gòu)型式和井下采煤實際地質(zhì)條件，充分考慮工人作業(yè)強(qiáng)度和難度，該機(jī)構(gòu)應(yīng)該具備不影響原支架所含全部功能、可根據(jù)不同采掘條件隨時拆卸安裝、能自動抬高且具備較強(qiáng)向上支撐力、能自動前后移步等功能 ，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。

1.2 設(shè)計思路與方案

基于研究目標(biāo)分析，本設(shè)計應(yīng)充分利用支架原有結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，在支架底座前端增加可拆卸的自動抬高和輔助推移裝置，具體設(shè)計方案如下：

(1) 考慮到井下的特殊環(huán)境、超前支架的寬度局限和工人的可操作性空間，抬高輔助移架機(jī)構(gòu)必須設(shè)計為可拆卸型，同時要保證抬高機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和足夠的向上支撐力，需要設(shè)計引入抬高千斤支撐架，其三維模擬示意圖見圖1。

圖1 抬高千斤支撐架三維模擬示意圖

(2) 依據(jù)國標(biāo)，超前支架要保證超前支護(hù)20 m，雖然各廠家、各設(shè)計院所的結(jié)構(gòu)設(shè)計不盡相同，但為保證支護(hù)長度，數(shù)量上一般由3組或3組以上相同單元鉸接而成，進(jìn)而實現(xiàn)左右交叉邁步自移。根據(jù)最大限度利用支架系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)而不引入新結(jié)構(gòu)的原則，綜合考慮，本設(shè)計充分利用支架底座前端原有銷孔和筋板，對抬高框架進(jìn)行自由度限位，抬高支撐機(jī)構(gòu)鉸接限位示意圖見圖2。

(3) 參考傳統(tǒng)中間支架抬高推移部分設(shè)計原理，本機(jī)構(gòu)中的抬底千斤必須有較大的接地支撐部分，即要保證足夠的抬底千斤與地面支撐部分接觸面積，為此我們設(shè)計了支撐框架。

(4) 考慮工作面的特殊地質(zhì)條件，為有效提升支架在凹凸不平地面的行進(jìn)速度，我們引用創(chuàng)新方法中的“變滑動摩擦為滾動摩擦”原理，設(shè)計滾動裝置，通過滾輪和滑道，減小支架與地面的摩擦阻力，使移架輕松便捷。

1-抬高支撐機(jī)構(gòu)； 2 -鉸接限位部分；3-超前支架底座前端部分

(5) 考慮支架有效行進(jìn)速度和降低工人勞動強(qiáng)度，上述滾動機(jī)構(gòu)和滑道部分必須可以自移且不影響正常條件下的支架行進(jìn)，這里我們引入平衡自移裝置，通過液壓控制，保證抬高推移機(jī)構(gòu)能夠有效自移。

根據(jù)上述設(shè)計方案，我們將各設(shè)計單元有機(jī)組合，同時裝配抬底千斤和推移千斤，待自動抬高推移機(jī)構(gòu)裝配完成后接入液壓系統(tǒng)，最后將其鉸接于超前支架底座前端，自動抬高推移機(jī)構(gòu)總裝結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

1 -平衡機(jī)構(gòu)；2-支撐框架及滑道部分；3-支撐滾輪；4-抬高千斤；5-平衡滾輪；6-抬高框架；7-自移千斤；8-可移動固定座 ；9-固定卡槽部分；10-限位鉸接部分；11-超前支架底座

2 各單元結(jié)構(gòu)及使用說明

2.1 各單元結(jié)構(gòu)設(shè)計及裝配

超前支架自動抬高推移機(jī)構(gòu)各單元設(shè)計描述及裝配步驟如下：

(1) 首先將抬高框架與底座前端鉸接，其中抬高框架主筋板前端形狀與底座前端相貼合，間隙不超過4 mm，通過利用原底座處筋板和蓋板進(jìn)行自由度限位。

(2) 其次將抬高千斤、支撐滾輪與滑道框架連接，其中滑道框架預(yù)留行進(jìn)距離要大于一個推移步距，滑道框架下蓋板上焊接H型滑道，上蓋板處滑槽寬度與千斤耳厚度間隙不超過3 mm。

(3) 然后裝配輔助推移千斤和平衡滾輪，推移千斤一端與固定座鉸接，一端與推移框架鉸接，平衡滾輪

設(shè)計距離小于一個推移步距，保證推移框架的平衡和自移，可移動固定座在卡槽內(nèi)隨滑道框架一起升降。

(4) 最后將新增液壓部分接入原支架液壓系統(tǒng)，利用小主閥備用閥板控制，完成裝配。

自動抬高推移機(jī)構(gòu)抬高移架動作示意圖見圖4。

1-巷道部分；2-支撐及滑道部分；3-滾輪系統(tǒng)；4-抬高系統(tǒng)；5-自移系統(tǒng)；6-抬高框架；7-滑動連接座；8-固定卡槽；9-超前支架

2.2 動作說明

支架在較大變坡點、凹坑、積煤或積石等情況下移架時，動作過程如下：

(1) 利用滾輪系統(tǒng)3和自移系統(tǒng)5，通過控制操縱閥，將支撐滑道2推移出一個步距，等待移架。

(2) 利用抬高系統(tǒng)4，配合滑動連接座7，將支撐滑道2放下接地，繼續(xù)操作操縱閥，通過抬高框架6將超前支架9的前端抬離地面一段距離。

(3) 操作支架原有推移千斤，配合支撐框架中的滾輪系統(tǒng)3，推動支架移步。

(4) 待一個步距移架結(jié)束，通過操縱閥，將支撐滑道2收回，等待下一個歩距的動作。

3 結(jié)語

針對煤礦井下特殊地質(zhì)條件，超前支架在行進(jìn)過程中經(jīng)常會遇到較大變坡點、凹坑、積煤和積石等問題，嚴(yán)重影響工作面推進(jìn)效率。本文研究的自動抬高推移機(jī)構(gòu)，能將超前支架前端抬起快速跨過障礙，且操作簡單、與支架原系統(tǒng)無干涉，有效地提高了支架的適應(yīng)性，為礦井安全高效生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的機(jī)械設(shè)備支撐。