ZTC12800/20/38型超前支護液壓支架的研制

姚藝武

1 超前支護現狀及研究的意義

隨著綜采工作面機械化程度和單產的快速提高，運輸、通風和開采工藝對兩巷斷面尺寸要求越來越大，傳統的工作面超前支護方式從支護能力、支護速度、支護高度、自動化程度、可操作性、安全性等方面都不能適應安全高效綜采工作面對超前支護的要求，兩巷超前支護已經成為制約工作面高產高效的瓶頸。

國內傳統的工作面兩巷超前支護方式是人工使用單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護頂板。這種人工方式支護強度低，支護面積小，勞動強度大，回柱危險性大，支護工藝技術落后，用人多，不利于安全生產，不能滿足高產高效礦井的要求。因此，研究開發機械化、高效率、更安全的新型兩巷液壓支架，實現兩巷超前液壓支架支護與工作面大功率裝備的全面配套具有重要意義。

2 超前支護液壓支架的設計要求

針對單體液壓支柱超前支護的局限性，在借鑒綜采工作面所用液壓支架的基礎上，研制超前支架代替傳統的超前支護方式進行超前支護。要求超前支架滿足以下主要技術要求：

1)兩巷超前液壓支架能適應支護斷面尺寸的變化，有效地維護端頭及兩巷的斷面空間;護巷、護幫效果好，能有效地控制巷道變形，確保足夠的運輸和行人空間。

2)支架動作輕便靈活，能夠和工作面其它設備有效協調配合，拉移動作便捷快速。

3)機械化程度高，操作簡易，大大減輕繁重體力勞動。

4)支架結構簡單，性能可靠。

5)支架應與工作面的巷道尺寸、地質條件、配套設備等相適應，具有方便使用的性能。

6)要保證較大的無立柱空間，以保證端頭處設備的正常運轉以及順利前移。

3 超前支架主要技術參數與結構特點

ZTC12800/20/38超前支護支架是為適應西山礦區特殊的地質條件和工作面設備布置的需要而研制和開發的。針對不同工況和使用高度，對支架主要部件受力情況(運動學參數)進行了科學的計算、模擬和優化設計，逐步完善了支架的結構型式和零部件。

ZTC12800/20/38型超前液壓支架的代號意義分別為：

ZTC—工作面端頭巷道超前支架;

12800—支架工作阻力，kN;

20—支架最低高度，20 m;

38—支架最大高度，3.8 m。

1)結構特點。

a)ZTC12800/20/38型超前液壓支架基本架型為左右兩架一組，前后兩組組成超前液壓支架，見圖1。

圖1 ZTC12800/20/38型超前支護液壓支架示意圖

轉載機、破碎機布置在兩組支架左右底座中間。支架頂梁采用條梁結構，左右頂梁間采用調架千斤頂調架，各頂梁左右設有護頂大側翻板防止漏矸。頂梁前后還設有前梁更好的對巷道頂板進行支護，各前梁左右設有小側翻板防止漏矸。

b)本支架采用四連桿穩定機構。

c)因為兩組超前支架頂梁加前梁護頂長度約為17 m，為保證支架的穩定性，支架設計為剛性整體頂梁和底座，前后左右4個頂梁4個底座通過斜梁、前后連桿分別組成4個獨立的四連桿穩定機構，保證了支架的穩定性。

d)該巷道超前支架條梁式左右底座間距為1 290 mm，用于布置安裝轉載機、破碎機。

2)主要結構件。

a)頂梁：本超前支架共有前后左右4個頂梁，直接與巷道棚梁接觸，是支架的主要承載部件之一，結構都是箱形斷面，具有很高的抗扭抗彎曲強度，每個頂梁通過斜梁四連桿結構與底座連接，頂梁沒有活動側護板。

b)底座：由于超前支架比較長，為便于井下運輸及安裝，每一組超前支架共有前后左右4個底座組成，左右底座為分離結構，中間用于布置轉載機破碎機，其結構為箱形斷面，具有很高的抗扭抗彎曲強度，底座通過連桿斜梁結構件與頂梁連接。

c)斜梁：斜梁和前后連桿底座組成四連桿結構，其作用是使端頭支架有良好的穩定性和運動軌跡，結構為箱形。

d)前梁：前梁具有少量的上翹下擺性能，可彌補頂梁對頂板不平度變化的適應性，同時也可作為對頂板的輔助支護部件，前梁部件為箱形結構件，本超前支架共有8個前梁結構件。

e)大側翻板、小側翻板：該超前支架共有8個大側翻板16個小側翻板，通過銷軸鉸接與頂梁及前梁連接，再通過48個側翻千斤頂使大小側翻板上翹下擺達到護頂收縮性能。

f)前后連桿：前后連桿上下分別與斜梁和底座通過銷軸鉸接，共同形成四連桿機構，其主要作用使支架在調高范圍內，頂梁前端與煤壁的距離(梁端距)變化盡可能小，更好地支護頂板。承受頂板的水平分力和側向力，使立柱不受側向力。

3)支架的操作。

本超前支架是由前后左右4架組成、分別操縱控制。4組操縱閥分別布置在各架底座前柱窩前部，由4個人分別控制組成超前支架的4個支架。

正常工作時操作順序：

a)推架：分別操縱超前支架前面一組左右支架護頂千斤頂收縮使大小側翻版下擺、操縱立柱降架，使頂梁離開頂板或頂棚，操縱推移千斤頂伸出對前組支架進行推架，推架到位后升立柱支撐頂板、伸護頂千斤頂使大小側翻版上翹護頂增大護頂面積。

b)推移轉載機、破碎機：操縱工作面巷道端頭支架推移千斤頂推移轉載機、破碎機，(可操縱超前支架后一組支架推移千斤頂輔助推移)。

c)拉架：分別操縱超前支架后面一組左右支架護頂，千斤頂收縮使大小側翻版下擺、操縱立柱降架，使頂梁離開頂板或頂棚，操縱推移千斤頂收縮，對后組支架進行拉架，拉架到位后，升立柱支撐頂板、伸護頂千斤頂使大小側翻版上翹護頂，增大護頂面積。

4 效益

ZTC12800/20/38型超前液壓支架替代單體支柱進行超前支護，安全可靠，支護工作效率高，有利于提高工作面推進速度，大大提高了工作面單產水平，經濟效益顯著。超前支護支架機械化程度高，實現了工作面超前支護的自動化，大大降低了工人的勞動強度，安全性好，為綜采工作面的安全提供了更為有利的保證，具有良好的社會效益。