四柱放頂煤液壓支架主要技術(shù)問題研究

張禹飛

摘要：文章在支架設(shè)計(jì)中，通過合理配置前、后柱支撐能力及各種控制閥，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和四連桿機(jī)構(gòu)，在使用中采取相應(yīng)措施，可大大提高支架的支護(hù)性能。

關(guān)鍵詞：四柱放頂煤液壓支架；液壓傳動；立柱；四連桿機(jī)構(gòu)

中圖分類號：TD355文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0143-02

一、概述

四柱支放頂煤液壓架可分為支撐式支架、掩護(hù)式支架、支撐掩護(hù)式支架三大類。從使用情況可分為一些特殊用途的支架，如適用于急傾斜厚煤層，一次采全高的放頂煤液壓支架，再有適用于高檔普采煤工作面的滑移式液壓支架，以及適用于水砂充填的水砂充填液壓支架等。但是，四柱放頂煤液壓支架在使用中經(jīng)常出現(xiàn)前柱受力大，后柱受力小，甚至有拔后柱現(xiàn)象，影響工作面正常推進(jìn)。經(jīng)進(jìn)行用戶訪問及進(jìn)行多工作面研究認(rèn)為頂板壓力載荷集中點(diǎn)超前煤壁，支架前方壓力大是造成拔后柱現(xiàn)象的主要原因，同時(shí)放煤尾梁機(jī)構(gòu)對支架穩(wěn)定性也有很大影響。

總之，隨著采煤機(jī)械化水平的提高，為適應(yīng)不同煤層、厚度及不同采煤方式的要求，液壓支架的種類也越來越多，但是總體的結(jié)構(gòu)方式為四柱支撐即四連桿機(jī)構(gòu)。

二、應(yīng)用

液壓支架是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬結(jié)構(gòu)件組成的一種支承和管理頂板的設(shè)備。它能實(shí)現(xiàn)支承、切頂、前移和推輸送機(jī)等一整套工序，因此也稱自移式支架。我公司為阜新局、礦所生產(chǎn)的四柱放頂煤液壓支架主要架型有ZZ4000/18/38型液壓支架、ZZ5600/20/42型液壓支架及ZF9360/22/35型放頂煤液壓支架等。以上架型廣泛應(yīng)用于阜礦集團(tuán)各綜采工作面。實(shí)踐表明：液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架配合可彎曲輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載式采煤機(jī)，就組成了回采工作面的綜合機(jī)械化設(shè)備。因此液壓支架在技術(shù)上是先進(jìn)的，在經(jīng)濟(jì)上是合理的，在安全上是可靠的，是實(shí)現(xiàn)回采工作面的綜合機(jī)械化和自動化的主要設(shè)備。

三、四柱放頂煤液壓支架架型分析及選擇

（一）液壓支架架型分析

按液壓支架在采煤工作面的安裝位置來劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架，端頭液壓支架簡稱端頭支架，它專門安裝在每個(gè)采煤工作面的連兩端。中間液壓支架就其結(jié)構(gòu)形式講，可分為支撐式支架、掩護(hù)式支架、支撐掩護(hù)式支架三大類。從使用情況可分為一些特殊用途的支架，如適用于急傾斜厚煤層，一次采全高的放頂煤液壓支架；再有適用于高檔普采煤工作面的滑移式液壓支架；以及適用于水砂充填的水砂充填液壓支架等。

總之，隨著采煤機(jī)械化水平的提高，為適應(yīng)不同煤層、厚度及不同采煤方式的要求，液壓支架的種類也越來越多，但總體可歸結(jié)為上述三大類。

（二）液壓支架架型選擇

根據(jù)液壓支架的架型選擇原則，選擇哪種架型，首先考慮該架型的力學(xué)特性，是否適應(yīng)礦井的頂?shù)装鍡l件和它的地質(zhì)條件，然后考慮價(jià)格是否便宜。

由于掩護(hù)式支架有間接撐頂式和直接撐頂式，而且前直接撐頂式應(yīng)用比較多，故選為直接撐頂、非插底式、掩護(hù)式液壓支架。這種支架由于立柱直接直撐在底面，因此頂梁和掩護(hù)梁的鉸接點(diǎn)可以移到頂梁后端，并解決了間接撐頂掩護(hù)式支架的“三角區(qū)”問題。立柱直接直撐頂梁，它對頂板的支護(hù)性能比間接撐頂掩護(hù)式支架大。由于它有平衡千斤頂，這樣它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能好，進(jìn)而改善了頂梁接頂情況，支架對頂板合力作用性能的位置亦得到改變，更能適應(yīng)頂板切頂位置的改變。

四、四柱放頂煤液壓支架的組成、用途及特點(diǎn)

四柱放頂煤液壓支架有多種形式，下面以ZF9360/22/35型液壓支架為例進(jìn)行具體說明。

（一）液壓支架的組成

ZF9360/22/35型液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、液壓系統(tǒng)和抬底座裝置三大部分組成。

主要金屬結(jié)構(gòu)件有：伸縮梁、護(hù)幫板、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、前、后連桿、推桿及側(cè)護(hù)板等。

液壓控制系統(tǒng)除了立柱、各種千斤頂外，還包括各種液壓控制元件（換向閥組、安全閥、液控單向閥等）和液壓輔助元件（管接頭件、膠管等）。

抬底座裝置包括抬底座缸與連接件等。支架各結(jié)構(gòu)件之間及結(jié)構(gòu)件與液壓元件間均通過銷軸、螺栓等連接，管路連接采用快速接頭、U型卡，拆裝維護(hù)方便。

（二）液壓支架的用途

ZF9360/22/35型放頂煤液壓支架是根據(jù)我國厚及特厚煤層的地質(zhì)條件，針對阜新礦區(qū)煤層厚度變化大的特點(diǎn)，以及阜新局、礦的具體要求，在吸取同類支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一種支撐掩護(hù)式，四連桿插板式放頂煤液壓支架。它是厚及特厚煤層放頂煤綜合機(jī)械化開采的支護(hù)設(shè)備，它與采煤機(jī)和前、后兩部運(yùn)輸機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)了采、放、運(yùn)綜合機(jī)械化，是目前厚煤層開采較為理想的設(shè)備之一。

本支架四柱、四連桿支撐掩護(hù)式支架，四根立柱支撐頂梁，主要承受頂板的垂直壓力。掩護(hù)梁一端與頂梁鉸接，并通過連桿與底座鉸接承受一定的水平力和側(cè)向力。

（三）液壓支架的特點(diǎn)

1．工作面三機(jī)配套設(shè)備能力大，而且伸縮梁千斤頂及推移千斤頂行程大，可配置630mm截深采煤機(jī)滾筒，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

2．四柱支撐，支撐能力大，切頂性能好，初撐力占工作阻力的83%，同時(shí)前連桿采用整體連桿，支架抗扭能力大。

3．設(shè)置伸縮梁及可向上翻轉(zhuǎn)超過水平面的護(hù)幫板，可適應(yīng)對不平頂板的及時(shí)和超前支護(hù)，也起到防止片幫、冒頂作用。

4．支架的頂梁、掩護(hù)梁及底座等主要受力部件均采用Q460高強(qiáng)度鋼板，強(qiáng)度比普通16Mn有較大的提高；主要銷軸材質(zhì)均采用30CrMnTi，強(qiáng)度比普通40Cr有較大的提高，這樣既可以減輕重量，又能提高支架的安全系數(shù)。

5．支架的液壓系統(tǒng)采用大流量系統(tǒng)，其中前、后立柱及推移千斤頂采用大流量換向閥，可顯著提高升、降架及移架速度。

6．支架的抬底座千斤頂采用φ125mm缸徑，工作能力大。

五、四柱放頂煤液壓支架立柱結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

（一）立柱的結(jié)構(gòu)形式

立柱有兩種結(jié)構(gòu)形式，即雙伸縮和單伸縮兩種形式，雙伸縮立柱調(diào)高范圍大，使用方便，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，成本高，可靠性較差；單伸縮立柱成本低，可靠性高，但調(diào)高范圍小。單伸縮機(jī)械加長段的立柱能起到雙伸縮立柱的作用，不僅具有較大的調(diào)高范圍，而且具有成本低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但使用時(shí)不如雙伸縮立柱方便。

（二）立柱的主要特征

ZF9360/22/35型液壓支架立柱為單伸縮立柱，是由缸體、活柱、導(dǎo)向套及各種密封件組成。

立柱初撐力通常是指立柱大腔在泵站壓力下的支撐能力。初撐力的大小，直接影響支架的支護(hù)性能，合理地選擇支架的初撐力，可以減緩頂板的下沉，對頂板的管理有利。本支架的立柱缸徑為φ280，初撐力為1939kN。

立柱的工作阻力，是指在外載荷作用下，立柱大缸下腔壓力增壓，當(dāng)壓力超過控制立柱的安全閥調(diào)定壓力時(shí)，安全閥泄液，立柱開始卸載，此時(shí)立柱所能承受的力即為工作阻力。立柱的工作阻力為2340kN。

六、結(jié)論

根據(jù)理論計(jì)算和分析研究，對存在有拔后柱問題的支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

采取的措施為：將前立柱的頂梁上柱窩盡量前移，立柱前傾增大支架前端支撐能力；采用高強(qiáng)度鋼板合理減輕伸縮前梁重量；優(yōu)化連桿長度，使運(yùn)動瞬心點(diǎn)后移，減小拔后柱的力矩。改進(jìn)后液壓支架在工作面現(xiàn)場使用中很少出現(xiàn)拔后柱現(xiàn)象。

為了防止拔后柱現(xiàn)象，在井下使用液壓支架時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，保持合理采高，保證液壓支架頂梁處于水平狀態(tài)，放煤時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制，防止液壓支架頂梁后部頂煤空引起支架低頭現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：葉小堅(jiān)）