ZF13000/25/38型放頂煤液壓支架底座修復方案研究

安曉鳴

（同煤集團機電裝備力泰公司，山西　大同　037003）

引言

放頂煤液壓支架是煤礦開采過程中進行支撐掩護作用的。其在控制基本項、維護直接頂、自移和推移輸送機上具有與其液壓支架等同的功能，但也具有其自身的特點。特別是在放頂煤機構、支架受力、排頭支架等降塵上有著其自身的特點。對于煤礦開采情況來講，綜采放頂煤液壓支架對于工作面的穩定有著積極意義，其操作內容非常簡單，在煤礦安全上十分重要。在煤礦開采過程中必須重視放頂煤液壓支架的受壓情況，及時進行相關維修。

1　塔山煤礦8103工作面情況概況

塔山煤礦位于塔山循環經濟園區內，是同煤集團和大唐國際集團共同投資成立的。塔山煤礦于2003年開始建設，3年多就建設成功并開始投產試建，是目前年產1 500萬t煤炭的特大型礦井。8103工作面位于塔山煤礦的第一盤區內，屬大同向斜的中東翼，唯一走向北東，傾向北西的單斜構造，其煤層傾角在3°～5°，煤田的西部地址傾斜度較大，大約在50°左右。塔山煤礦井田內斷裂構造發育，有兩組斷層群。共有斷層60多條，絕大多數為正斷層，只有三條為逆斷層，這些都對其工作面的開采有著相對影響，在液壓支架的安裝和維修過程中都得非常注意。

2　放頂煤液壓支架維修前的鑒定情況

大唐塔山煤礦8103工作面的液壓支架采用的是ZF13000/25/38型放頂煤液壓支架，為山西平陽重工機械有限責任公司生產。ZF13000/25/38型支架的基本信息為：型式為放頂煤；高度（最低/最高）2 500/3 800mm；中心距1 750mm；寬度（最小/最大）1 660/1 860mm；初撐力（P=31.5MPa）10 096 kN；工作阻力（P=38.86MPa）13 000 kN；支護強度1.23 MPa；對底板平均比壓2.64 MPa；泵站壓力31.5 MPa；操縱方式為本架操縱；質量為37 103 kg[1]。

本次需要維修的支架共55架，包括中間架和過度架，都是2012年出廠，并已在井下使用了4年多的時間。液壓支架升井后在現場人力發現液壓支架的低下前端部門受力嚴重，有些部分已經開裂，特別是有焊縫的位置都已開裂，內外主肋完完全全斷裂且無法使用，所以必須進行維修工作，以保障開采工作的安全進行。維修方案的設計必須要保障液壓支架的使用性以及相關的技術性，另外還需兼顧經濟性以及維修工作的順利實施。

3　ZF13000/25/38型液壓支架底座修復方案（以58號支架為例）

3.1　支架底座維修前的準備工作

在對ZF13000/25/38型液壓支架58號架底座進行維修前，需提前鋪設好金屬頂網，目的在于控制好架前煤頂冒落的問題。具體方案為：在56、57、58、59和60號液壓支架前做好十個循環架鋪設金屬頂網，每割一刀煤在58號支架頂網下鋪設1根木梁（木梁長度為3.5m，直徑為180mm）。這樣就能隨支架的推移木梁與金屬頂網架設于57號和59號支架之上，相當于做成了一個人工假頂來完成相應的支架工作。推完十個正規循環后，第一根木梁與頂網完全進入采空區，第十根木梁位于58號支架上部。準備工作中需要注意的事項是：第一，金屬網的鋪設工作要認真負責，保障其鋪設質量，另外對于木梁應同所屬的金屬網一起向開采的采空區方面進行整體的方向推移；第二，鋪設的金屬網必須嚴密，不得有相應的破口，否則碳塊和矸石就會掉落到支架中來，從而影響到支架的整體性能；第三，鋪頂網的支架在緩慢的推進過程中，需要做到無煤化處理，不能在推進當中放煤。

3.2　具體維修方案分析

當前的ZF13000/25/38型放頂煤液壓支架中，從方便移架的角度進行考慮，為了減少支架底座前端比壓，在支架底座的左右方面都進行了穿鞋或增加抬底千斤頂。針對58號架底座也是主要對其支架底座的前端進行加強修復，并在維修前采用專業軟件來對其底座強度進行專業校核，保障維修方案有相關的理論依據：

1）先對58號支架底座進行分析，按《液壓支架通用技術條件》5.2.6.1.5加載方式對底座兩端集中載荷進行強度試驗。實驗結果顯示在距離底座前端約685mm處為應力集中點。此時集中點就為底座強度最薄弱點，故對此進行補強設計并進行強度校核。

將花紋板及蓋板沿圖1所示27mm尺寸處割去上半部分，并將內加強肋割除，用壓力機將變形的底板、主肋及肋板恢復平整，如主肋有斷裂處，應先將斷裂處兩側開坡口焊接上，同時將原先割除的內加強肋由原先極厚σ16的16Mn低合金板改用極厚σ30的Q690高強度板并與底板焊接，在底座外主肋兩側同時增焊加強貼板，在底座內主肋內側增焊加強貼板，最后在底座過橋處增焊連接內外主肋加強連接肋。等到維修方案定下來后，再通過專業軟件進行相關的強度校核，保障整個維修工作的安全性[3]。

2）支架底座的受力計算。要進行支架底座修復，通過計算機程序對該支架受力計算，結果如下：支架性能及受力分析支架高度900～2 000mm，支架性能參數及結構件受力計算結果發現。支架高度1800mm時，底座所受彎矩最大，彎矩值為2 788.6 kNm。

3.3　支架底座修復中的注意事項

ZF13000/25/38型新支架底座維修工作中的具體注意事項如下：第一，拆除57、59號支架相連的推溜裝置，為底座的順利進出留出通道[4]。第二，提前檢查好整個線路的安全情況，包括輸線路、小絞車、巷道頂板以及煤幫的相應狀況，對于相應的操作工人必須要持證上崗。在運輸過程中要按相關安全制度進行[5]。

圖1　底座修復方案示意圖

4　結論

接連又按本文所述的方案進行了9個支架底座的修復工作。整個修復過程利用了5個技術檢修班組人員。在底座維修的過程中，整個煤礦的開采過程沒有受到影響，沒有因停產帶來大的經濟損失。

[1]田大龍，張保成，李瑰，等.基于ABAQUS的液壓支架底座尺寸優化設計[J].煤礦機械，2015（5）：13-15.

[2]陳幫鵬，楊彥聰，楊翠萍，等.基于Pro/E和ANSYS的ZF3700/16/26型液壓支架底座負載仿真分析[J].煤礦機械，2014（8）：236-238.

[3]王毛旦，劉隨方.快速更換液壓支架底座方案[J].煤，2014（2）：23-24.

[4]李艷霞.冷裝法在液壓支架鉸接孔修復中的應用[J].礦山機械，2009（4）：54-55.

[5]趙平.修復液壓支架的專用鏜孔機的研制[J].煤炭技術，2007（6）：15-16.

[6]李根.大工作阻力液壓支架柱帽柱窩損壞處理的研究[J].山西焦煤科技，2017（3）：32-34；37.