極薄煤層兩柱掩護式支架結構選型及參數設計研究

孫北平

摘 要：本文針對達竹礦區極薄煤層開采條件，研制了ZY3200/6.5/15D兩柱掩護式薄煤層液壓支架，從結構優化設計出發，分析了該支架梁端距與支護強度，頂梁偏載掩護梁扭矩及支架底壓比的受力規律，采用兩柱掩護式支架結構，解決了實現薄煤層液壓支架的適應能力和開采范圍。

關鍵詞：薄煤層；液壓支架；三伸縮立柱

中圖分類號：TD355 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0161-02

我國薄煤層資源豐富，分布廣泛，在已探明礦區中，超過85%以上的礦區均有薄煤層分布，可采儲量約占20%。其中僅西南片區基本以薄煤層為主，粗略統計，僅四川省和重慶市國有統配煤礦就有薄煤層儲量1.5億噸以上。我國煤礦在厚煤層及中厚煤層已經實現并普及了綜合機械化開采，安全高效。薄煤層綜采也取得了很多成果，1.0m以上薄煤層和中厚煤層一樣已基本實現了綜合機械化開采。但由于受開采空間的限制，薄煤層機械化開采比厚煤層及中厚煤層要困難得多，1.0m以下薄煤層綜合機械化開采仍有很多問題沒有解決，這不僅影響也極大限制了1.0m以下薄煤層安全高效的機械化開采的運用，因此，研制和實用良好的薄煤層液壓支架很有必要。

1 達竹薄煤層綜合機械化開采技術現狀

1.1 開采方式

達竹煤電集團公司所屬各礦也主要開采薄煤層，且煤厚大多低于1.0m。因為煤層薄，達竹礦區自開發建設以來，一直采用手采、炮采工藝。八十年末至本世紀初期，先后使用了BM-100型、MLS3-170型和3MG-200型采煤機組，由于受煤炭市場疲軟的影響，加上各單位對礦井機械化發展工作的認識不足，缺乏信心，公司機械化發展工作一直處于較低的水平。因此，達竹公司因地制宜，積極探索適合達竹極薄煤層綜采的液壓支架研制與攻關。

1.2 極薄煤層對液壓支架要求

（1）在支架的機構設計上，采用兩柱掩護式結構形式，采用較大直徑的平衡千斤頂結構形式，增大支架頂梁和掩護梁之間的調節能力和強度。

（2）支架結構力求簡單、可靠，通過優化設計，改善力學特性，合理的梁體截面筋板配置和焊縫設計，支架合理選用了高強度材板，減小支架重量和頂梁厚度，在保證支架高可靠性的前提下，滿足尺寸小、重量輕等要求。

（3）減小對底板的比壓，兩架間采用新型調底裝置能適應大傾角工作面，支架設計能確保必要的通風斷面，梁端距，行人空間。

（4）為了保證支架具有較大的推拉力和行走速度，選用大直徑的推移千斤頂和裝備快速電液操作系統的快速移架系統，保證支架的運行速度和推拉力，實現自動化快速作業。

（5）極薄煤層工作面空間小，作業人員行走較為困難，設備運輸和設備檢修受空間限制。為盡量減少設備的維護和更換備件時間，宜選用聚胺脂密封和不銹鋼液壓閥提高液壓系統的可靠性和使用壽命。

2 ZY3200/6.5/15D兩柱掩護式液壓支架設計

2.1 主要技術參數

架型為兩柱掩護式液壓支架，型號：ZY3200/6.5/15D；支架高度650～1500mm；支架寬度1450mm；支架中心距1500mm；支架工作阻力3200kN；初撐力為2618KN；支護強度0.398MPa；推移行程860mm；當摩擦系數f=0.2時支架前端最大比壓為1.76MPa。

2.2 極薄煤層液壓支架受力分析

（1）梁端距與支護強度分析。（如圖1、圖2）

（2）頂梁偏載掩護梁扭矩及支架底壓比分析。（如圖3、圖4）

小河嘴煤礦21煤層底板抗壓強度為19.2～31.5MPa，大于ZY3200/06/15型兩柱掩護式液壓支架的底板最大比壓2.462MPa；頂板壓力0.28～0.35MPa小于支架的支護強度0.3～0.52MPa，工作阻力3200kN能夠滿足支護頂板的要求。采高在0.65～1.5m各主要參數均較理想。因此，該型支架適用于21煤層回采工作面。

3 ZY3200/6.5/15薄煤層液壓支架結構特點

（1）采用先進的計算機模擬試驗和優化程序對液壓支架參數進行優化設計，減少了支架內力，提高了支護強度，支架架型設計為兩柱掩護式液壓支架，對頂底板適應性能強。

（2）研制薄尺寸的電液控制器，增加人行通道尺寸，技術先進，安全可靠，實現了薄煤層工作面的半自動化采煤。

（3）優化設計疊板焊接型式，減薄頂梁厚度，人行通道、通風斷面大；對支架前部頂板的支撐效果好，設置雙側活動側護板，適應性強；加大頂梁前部寬度，減少了漏矸，。

（4）為了滿足強度的要求，連桿部分的材料使用高強度的鋼板，并且采用前后雙連桿、雙平衡平行布置，穩定性好，穩定性好增強了掩護梁強度，具有足夠的抗扭能力。

（5）為底座設計成剛性整體底座，底座中部全開空檔，便于排矸，底座前端設計調推桿防滑機構及支架防滑連接位置。

（6）支架設置長推桿加倒裝千斤頂結構，推溜、拉架力大，對工作面傾角有很好的防滑作用，同時配合電控系統可以實現防滑裝置同時動作將刮板運輸機上調實現運輸機下滑后的主動調整。

（7）平衡千斤頂采用大缸徑千斤頂，通過增大千斤頂的調整范圍實現更大范圍的控制支架的狀態調整。

4 結語

本文設計的ZY3200/6.5/15薄煤層兩柱掩護式液壓支架，采用雙伸縮立柱結構，縮短立柱最小長度，既增加支架的調高范圍，又減小立柱傾角，保證立柱足夠的支撐效率。支架頂梁前端采用層疊板式結構，最大限度減小頂梁的厚度，增加過人、過機空間。先進的電液先導閥控制鄰架工作方式，安全可靠，工作空間大。使用新型抬底裝置實現抬底與移架動作的聯動，移架時自動抬底，解決了薄煤層液壓支架的抬底和順利移架問題，進而解決了煤泥堵塞薄煤層液壓支架底座中檔造成的移架困難。

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