矸石充填液壓支架的設(shè)計(jì)探討

摘 要：隨著人們對(duì)霧霾、環(huán)境污染的認(rèn)識(shí)，矸石山的存在滯緩了煤炭企業(yè)的生產(chǎn)，它不僅占用大量的土地資源，而且經(jīng)常發(fā)生自燃、滑坡等事故，造成了嚴(yán)重的環(huán)境破壞。

關(guān)鍵詞：矸石；充填液壓支架；四連桿；受力

1 概述

矸石井下充填是矸石處理利用的有效途徑，該技術(shù)可以用矸石置換出煤礦“三下”永久煤柱的煤炭資源，有效減少地面沉陷，而且可以實(shí)現(xiàn)矸石不上井、地面不建矸石山，節(jié)省矸石山占地；消除矸石山的灰塵、固體顆粒、有害氣體、自燃發(fā)熱對(duì)周圍環(huán)境污染的問題，以達(dá)到綜合治理煤礦矸石的目的。

2 充填液壓支架

圖1所示液壓支架為一種矸石充填液壓支架，該支架是邢臺(tái)機(jī)械廠針對(duì)冀中能源股份有限公司邢東礦的具體地質(zhì)條件和生產(chǎn)要求而設(shè)計(jì)的。

矸石充填液壓支架是煤礦井下機(jī)械化采煤工作面支護(hù)設(shè)備，用于維護(hù)采煤工作面頂板穩(wěn)定，為采煤機(jī)、輸送機(jī)和工作人員提供安全的工作空間，并能推動(dòng)工作面輸送機(jī)向煤壁方向移動(dòng)，同時(shí)還可以以輸送機(jī)為支點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)支架的自移，從而實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤；同時(shí)，利用輸送機(jī)輸送的矸石對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填并夯實(shí)。

支架設(shè)計(jì)參數(shù)及受力：

2.1 支架前端四連桿主要參數(shù)組成

2.2 支架結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)

（1）支架采用正四連桿機(jī)構(gòu)，上連桿為Y型連桿，前連桿為單連桿，后連桿為單連桿，上連桿上鉸接點(diǎn)與前后頂梁鉸接點(diǎn)重合。

（2）采用倒裝整體推桿的設(shè)計(jì)。

（3）支架底座為全開檔式。

（4）底座后面帶單伸縮能擺動(dòng)的搗實(shí)機(jī)構(gòu)，搗實(shí)機(jī)構(gòu)落料距不小于150mm；搗實(shí)機(jī)構(gòu)框板下沿增加耐磨層，并保證加工質(zhì)量。

（5）支架各主要鉸接銷軸的軸孔配合間隙為1mm，并采用淬火銷，固定銷軸的方式采用高強(qiáng)度擋板式結(jié)構(gòu)。

（6）充填刮板機(jī)接鏈環(huán)考慮采用新結(jié)構(gòu)，縮短連接尺寸，并可以調(diào)整長(zhǎng)度。

2.3 支架受力技術(shù)參數(shù)

（1）技術(shù)參數(shù)【摩擦系數(shù)：0.2， 平衡千斤工作阻力：-1242KN】

工作高度：3000～5000mm 后端比壓：0.4376～2.0018Mpa

平均比壓：1.1014～1.3136Mpa 支護(hù)強(qiáng)度：0.603～0.7161Mpa

支護(hù)效率：1.342～1.601 前端比壓：0.6255～1.7899Mpa

（2）頂梁

立柱處最大彎矩：6908.5KN*m【摩擦系數(shù)：0.3；支架高度：5000mm；工況：頂梁前端扭轉(zhuǎn)】

頂梁最大扭矩：1260.3KN*m【摩擦系數(shù)：0.3；支架高度：5000mm；工況：頂梁前端扭轉(zhuǎn)】

（3）掩護(hù)梁

前連桿處最大彎矩：2859.4KN*m【摩擦系數(shù)：0.3；支架高度：5000mm；工況：頂梁偏載】

掩護(hù)梁最大扭矩：2592.3KN*m【摩擦系數(shù)：0；支架高度：3000mm；工況：頂梁偏載】

（4）連桿

前連桿最大軸向力：-8056.5KN【摩擦系數(shù)：0.3；支架高度：5000mm；工況：頂梁偏載】

前連桿最大扭矩：1668.2KN*m【摩擦系數(shù)：0.3；支架高度：3000mm；工況：頂梁偏載】

后連桿最大軸向力：8559.7KN【摩擦系數(shù)：0.3；支架高度：5000mm；工況：頂梁偏載】

后連桿最大扭矩：1676.4KN*m【摩擦系數(shù)：0.3；支架高度：3000mm；工況：頂梁偏載】

（5）底座

立柱處最大彎矩：3565.3KN*m【摩擦系數(shù)：0；支架高度：4610mm；工況：底座前端扭轉(zhuǎn)】

底座最大扭矩：2426.4KN*m【摩擦系數(shù)：0；支架高度：4660mm；工況：底座前端扭轉(zhuǎn)】

2.4 受力分析

通過計(jì)算，該型號(hào)矸石充填液壓支架頂梁、底座的安全系數(shù)能滿足大于1，上連桿、前后連桿的安全系數(shù)能滿足大于1.3，總體安全性滿足邢東礦的實(shí)際要求。

3 總結(jié)

該矸石充填支架，不僅提高了煤炭資源回收率，也為煤炭企業(yè)治理矸石提供了切實(shí)可行的辦法，對(duì)建設(shè)綠色、環(huán)保礦山具有重大意義。

作者簡(jiǎn)介：龐社賓（1985-），2010年畢業(yè)于河北工程大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師。