矸石充填液壓支架的設計探討

摘 要：隨著人們對霧霾、環境污染的認識，矸石山的存在滯緩了煤炭企業的生產，它不僅占用大量的土地資源，而且經常發生自燃、滑坡等事故，造成了嚴重的環境破壞。

關鍵詞：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，而且可以實現矸石不上井、地面不建矸石山，節省矸石山占地；消除矸石山的灰塵、固體顆粒、有害氣體、自燃發熱對周圍環境污染的問題，以達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，該支架是邢臺機械廠針對冀中能源股份有限公司邢東礦的具體地質條件和生產要求而設計的。

矸石充填液壓支架是煤礦井下機械化采煤工作面支護設備，用于維護采煤工作面頂板穩定，為采煤機、輸送機和工作人員提供安全的工作空間，并能推動工作面輸送機向煤壁方向移動，同時還可以以輸送機為支點，實現支架的自移，從而實現綜合機械化采煤；同時，利用輸送機輸送的矸石對采空區進行充填并夯實。

支架設計參數及受力：

2.1 支架前端四連桿主要參數組成

2.2 支架結構主要特點

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

（2）采用倒裝整體推桿的設計。

（3）支架底座為全開檔式。

（4）底座后面帶單伸縮能擺動的搗實機構，搗實機構落料距不小于150mm；搗實機構框板下沿增加耐磨層，并保證加工質量。

（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度擋板式結構。

（6）充填刮板機接鏈環考慮采用新結構，縮短連接尺寸，并可以調整長度。

2.3 支架受力技術參數

（1）技術參數【摩擦系數：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 支護強度：0.603～0.7161Mpa

支護效率：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：0.3；支架高度：5000mm；工況：頂梁前端扭轉】

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

（3）掩護梁

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

掩護梁最大扭矩：2592.3KN*m【摩擦系數：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：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：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：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：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：0；支架高度：4610mm；工況：底座前端扭轉】

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

2.4 受力分析

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

3 總結

該矸石充填支架，不僅提高了煤炭資源回收率，也為煤炭企業治理矸石提供了切實可行的辦法，對建設綠色、環保礦山具有重大意義。

作者簡介：龐社賓（1985-），2010年畢業于河北工程大學機械設計制造及其自動化專業，助理工程師。