ZC/6600/18/35型四柱支撐式充填液壓支架研究

張士成

(冀中能源邯礦集團陶一煤礦,河北邯鄲 056306)

ZC/6600/18/35型四柱支撐式充填液壓支架研究

張士成

(冀中能源邯礦集團陶一煤礦,河北邯鄲 056306)

ZC66001835型四柱支撐式充填液壓支架是冀中能源邯鄲礦業(yè)集團陶一煤礦研究的一種新型充填液壓支架。該支架通過對掩護式支架改造設計可很好地提高該礦的超高水材料充填率、方便職工井下掛充填包操作、提高開采效率及更加方便維修。液壓支架除了要有效的對頂板進行有效支撐，還要實現(xiàn)升、降、推、移四個步驟。通過對液壓支架后頂梁及后擋板的改進可以更好為架后充填安全提供有力保障。

液壓支架 支架部件 充填

1 液壓支架的工作原理

液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進，進行移架和推移輸送機。因此，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作面性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。

1.1 支架升降

當操作閥處于升柱位置時，從乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥液控單向閥5進入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當操縱閥處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。

1.2 支架推移

支架的前移和推移輸送機是通過操縱閥和推移千斤頂3來進行的。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機為支點前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥置于推溜位置，高壓液體進入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。

1.3 支架承載過程

支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學作用的過程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。(1)初撐階段。在升架過程中，當支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥6立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。此時支架對頂板的支撐力為初撐力。(2)承載增阻階段。支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。(3)恒阻階段。隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當升高到安全閥5的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復這一過程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時，支架對頂板的支撐力成為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。

2 支撐掩護式支架特點

支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護式支架的結(jié)構(gòu)特點和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。

支撐掩護式支架的頂梁由前梁與主梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好，應用范圍廣。它的支撐掩護式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護梁上而前排立柱支撐在頂梁上。

3 支架主要部件的設計要求

各部件設計要求要滿足總體配套的要求，就是應滿足采煤機、雙輸送機和支架配套的空間、架后包式充填開采要求。各部件設計的基本要求：(1)支架架型的確定根據(jù)煤層厚度2．5---3．5米，屬于中厚煤層。支架的適應高度為2．2---3．6米煤質(zhì)條件老頂II級、直接頂II級，底板平整，無影響支架通過的斷層。(2)前梁由前梁千斤頂控制，可上下擺動15°，與頂板保持良好的接觸，維護機道上方頂板。挑梁是和前梁鉸接的可翻轉(zhuǎn)支護板，由防片幫千斤頂控制，可及時支護，并超過水平線上挑3°---5°，拉架時收回，還可在移架后支護煤壁，以防止片幫。(3)頂梁。頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。頂梁裝有側(cè)護板，活動側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。(4)掩護梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。(5)底座。底座是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。它既要有足夠的強度和剛度，又應滿足底板比壓不超限。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在底座上鉸接四連桿機構(gòu)，在底座中間設置有推移裝置，側(cè)面設置拉后輸送機的千斤頂和推移桿。(6)推移裝置。此機構(gòu)關(guān)系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組成。推移桿結(jié)構(gòu)有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。(7)液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂。液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成，它應保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達到設計技術(shù)參數(shù)。

4 充填支架改進要點

為提高該礦的超高水材料充填率，將后尾梁厚度由300mm減小到200mm，讓充填包更接近于頂板。為縮短充填包包間距，將充填包之間的一個支架隔離板改進，將架后可伸縮隔板寬度由1．5米縮短到0．8米，包間隔板緊挨可伸縮隔板，將充填包間距由1．5米縮短至0．7米。架后吊包固定環(huán)由3道增加到5道，提高充填包安全系數(shù)。提高支架工作阻力系數(shù)600KN，適應七采區(qū)下部煤層埋藏深礦壓大實際；將側(cè)護板高度由700mm減小到550mm，增大腳踏板人行空間，實現(xiàn)架內(nèi)行走更通暢；在充填柱窩填充了聚氨酯海綿，解決煤埋柱窩不方便更換問題；改進鉸接千斤頂和前后銷軸的結(jié)構(gòu)設計，解決原來鉸接千斤頂前后銷軸只能升到頂部才能更換問題，極大方便了開采中銷軸的更換。

通過對ZC6600/18/35型四柱支撐式充填支架技術(shù)改造，大大提高了充填率，從而減少地表下沉量。通過對支架局部改造，更方便職工行走、搬運物料，更加便于技術(shù)工人對支架維修，提高職工工作效率。

張士成，河北石家莊人，機電工程師，畢業(yè)于河北科技大學，在冀中能源邯鄲礦業(yè)集團陶一煤礦工作，曾有多篇論文在國家和省級刊物發(fā)表。