張開式偽傾斜掩護支架的探討

左少云

(湖南省湘潭礦業集團有限公司， 湖南 湘潭市 411228)

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張開式偽傾斜掩護支架的探討

左少云

(湖南省湘潭礦業集團有限公司， 湖南 湘潭市 411228)

針對急斜煤層中偽傾斜掩護支架的結構固定，對煤層厚度、傾角等產狀變化的適應性差，研究設計了四邊形和“八 ”字形張開式偽傾斜掩護支架，實現了支架的支撐寬度在一定范圍內可調，適用條件大大擴大，同時減輕了工人的勞動強度減少了管理上的環節。

張開式偽傾斜掩護支架；四邊形；“八”字形；伸縮油缸

0 引 言

我國急傾斜煤層的儲量占我國煤炭儲量的4%，而南方地區80%的礦區賦存有急傾斜煤層。急傾斜煤層屬難采煤層，其地質條件復雜，賦存不穩定。偽傾斜掩護支架采煤法是開采急傾斜煤層一種較好的采煤方法，但目前使用的偽傾斜掩護支架長度已固定，當煤層的厚度與傾角變化較大時，支架下放較困難且易丟煤，如果工作面繼續向前推進，就必須對局部挑頂或臥底，這樣不但影響產量、效率和煤質，還增加了管理上的困難，這使它的適用條件受到了很大的限制。因此為適用煤層賦存條件的變化，將固定架形的偽傾斜掩護支架變成張開式偽傾斜掩護支架是非常適合當前發展需要的。

1 張開式偽傾斜掩護支架結構設計思路

考慮到掩護支架對煤層賦存不穩定的適應性,在支架上安裝一個伸縮油缸，通過中間油缸的伸縮來控制連接在油缸兩端上的可移動工字鋼的伸縮，達到伸縮支架的目的，從而有效控制可縮性支架的支護寬度，對不同厚度、不同傾角的煤層達到更好的適應效果，并具有足夠的支護空間，保證了通風量，改善了工人的工作環境。

現對掩護支架進行設計時提出四邊形和“八 ”字形張開式偽傾斜掩護支架兩種設計方案。

2 四邊形張開式偽傾斜掩護支架設計方案

此掩護支架是在頂梁中間加一伸縮油缸，控制支架頂梁的伸縮，改變頂梁的長度可以有效控制破碎頂板和適用煤厚的變化。該支架由頂梁、中肢、上下肢梁以及一個伸縮油缸4部分組成，如圖1所示。頂梁為0.6 m長的工字鋼在中間加伸縮油缸與0.7 m中肢焊接，上下肢梁分別與頂梁、中肢焊接在一起，支架通過頂梁中間油缸的伸縮來調節頂梁的長度，從而改變支架的支護寬度，可在1.65～2.0 m 之間調節。伸縮油缸選用內注液式，通過人工操作手柄來調節油缸的伸縮。

圖1 多邊形掩護支架的工作狀態

3 “八 ”字形張開式掩護支架設計方案

“八 ”字形張開式掩護支架在頂梁和上、下肢梁上都加入伸縮油缸，上、下肢梁的油缸伸縮可以改變支架的高度，可以適應在一定高度范圍內煤層的變化。該支架由頂梁、上下肢梁以及兩個伸縮油缸3部分組成，如圖2所示。頂梁為1.3 m長的工字鋼，側梁為0.8 m長的工字鋼，頂梁與上下肢梁之間用銷釘連接在一起，伸縮油缸兩端分別鉸接在頂梁和側梁上，通過伸縮油缸的伸縮來調節頂梁與肢梁之間的夾角，從而使支架的支護寬度可在1.55～2.0 m之間調節。伸縮油缸選用內注液式，通過人工操作手柄來調節油缸的伸縮。

圖2 “八”字形掩護支架的工作狀態

4 支架的受力、載荷分析

4.1 支架的受力分析

(1) 支架兩端支承在煤壁上，鋼繩下拉鋼梁，此情況發生在工作面上拐點，鋼梁受力最大，由于架下有點柱支承，使鋼梁抗彎能力增大。

(2) 支架支承在煤壁上，鋼繩下拉鋼梁，這種狀況經常出現，對鋼梁比較有利。

(3) 鋼梁支承在鋼繩上，此情形受力狀況最好，為防止鋼繩破斷，在架下加打點柱。

(4) 梁的兩端支承在煤壁上，此種情形對梁最不利，最大彎矩產生在梁的中點。

4.2 支架的載荷分析

張開式偽傾斜掩護支架的關鍵是支架結構和零件強度問題，是支架的工作狀態是否動作自如，這些因素與支架的承受載荷有關，而支架上方冒落的巖石重量，只有一部分作用在支架上，有相當一部分重量受自然平衡拱的影響，作用到煤層的頂底板巖石上，再加上冒落巖石與頂底板之間、冒落巖石之間的相互摩擦阻力，作用在支架上的力就減少了。因此在進行支架的強度設計時，應按梁中點處的最大彎矩力設計，以增強鋼梁的抗彎能力，其重量的大小，可通過模擬試驗求得。

5 應用展望

張開式偽傾斜掩護支架在不改變原有掩護支架基本特征的基礎上，通過人為地調整掩護支架下放的工作狀態，實現了支撐寬度在一定范圍內可調，使支架兩端的跨度適應煤層厚薄變化，順利安全下放。支架具有下放方便，并有利于提高煤炭質量和安全系數，加快回采進度，同時還可避免浪費國家資源等優點，在偽傾斜掩護支架工作面具有很好的應用和推廣價值。

[1]李棲鳳.急傾斜煤層開采[M].北京:中國煤炭工業出版社,1984.

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[4]徐永圻.煤礦開采學[M].徐州:中國礦業大學出版社,1999.

[5]左少云.偽斜多邊型金屬掩護支架采煤方法在急傾斜煤層中的應用[J].采礦技術,2010.(收稿日期：2015-10-29)

左少云(1981-)，男，湖南湘潭人，采礦工程師，國家注冊安全工程師，主要研究方向為急傾斜煤層高產高效采煤方法研究，Email:327558030@qq.com。