正四連桿過渡支架放煤收煤系統

幸 睿

(大同煤礦集團 機電裝備公司中央機廠，山西 大同 037001)

近年來，隨著煤炭市場回暖，動力煤需求量日趨增加，隨著開采煤層延伸大同煤礦集團公司多個煤礦煤層越來越厚，為了適應特厚煤層的開采需要，高端放頂煤液壓支架的使用量越來越多，中央機廠作為國內高端液壓支架主要制造工廠之一，也逐步形成了以同煤集團千萬噸級礦井、本部延伸礦井工作面綜采放頂煤液壓支架為主打產品的經營模式。通過此次對綜放工作面地質條件的考察和“三機配套”[1]中液壓支架的位置核定，發現在綜放工作面采煤的過程中采出率仍無法達到理想狀態，存在漏采和不能完全回收煤炭的現象。為此，塔山礦8216工作面通過改造靠近中部支架的前面兩架和后面一架過渡支架，使其具備放煤收煤功能，增加煤炭回收率，提高采煤產值。

1 研究內容

為了滿足過渡架放頂煤、收頂煤的需要，對大量的綜放工作面“三機配套”資料進行分析，“三機配套”局部示意圖見圖1.

圖1 綜放工作面“三機配套”局部示意圖

從圖1中可以看到，靠近中部支架的頭部兩架過渡支架處于后部刮板運輸機的起坡段，而且起坡高度并不大，過渡槽尚屬于低高度槽，后部頂煤完全可以垮落入刮板機內，實現收煤功能。尾部一架過渡支架同理。

2 設計方法

在原“三機配套”中，過渡支架[2]的配套斷面圖見圖2.

為了滿足放頂煤、回收煤的要求，對這3架過渡支架進行了重新配套，做出了新的配套斷面，見圖3.

圖3 改造后過渡支架配套圖

通過圖2和圖3 的對比，發現改造前的過渡支架后部只具備支護功能，支護后溜刮板機的機組部分，防止落入煤矸石等。改造后的過渡支架已經和后溜刮板機鏈槽相連，在采煤的過程中通過尾梁和掩護梁的動作，使放頂煤直接跨落在后溜刮板機鏈槽中，最大限度地提高了工作面的采出率。

根據配套斷面和放煤工藝要求，選定了尾梁、插板、尾梁千斤頂、插板千斤頂的基本功能尺寸，并對過渡支架放煤機構進行設計。

1) 尾梁的設計。

a) 原支架中尾梁的總長度為1 400 mm，改造后尾梁總長度設計為1 600 mm. 之所以需要加長200 mm，是因為在設計的過程中發現，如果采用1 400 mm長度，尾梁相對與其連接的插板長度較短，不能使內部的插板完全伸出。按1 400 mm長度計算，插板結構伸出的重心距離與尾梁連接部分力矩較大，對支架尾部造成極大的負擔，增加了支架對強度的需求，尤其使支架整體的重心靠后偏移，對支架的穩定性造成影響。此外，通過增加尾梁長度，能夠具備足夠的支護空間，通過尾梁千斤頂的回轉伸縮，可以實現對后部刮板機的支護和放煤、收煤空間的調整，達到放煤機構的支護、放煤、收煤要求。

b) 在原設計中，支架不需要放煤收煤機構，設計長度為1 400 mm，其后部有結構件擋矸板，當支架按照支護需求伸展，其掩護梁—尾梁—插板—擋矸板結構支護長度約為3 800 mm，滿足工作面支護需求。如果在不需要放煤收煤的情況下，將尾梁部分設計為1 600 mm，相對內部插板結構會增加400 mm，則總體支護長度增加600 mm. 根據綜放面工作空間要求，若過渡支架此時通過千斤動作完成支護，則會與后方的煤壁發生碰撞，造成生產事故。由此可見，不能為了保證正四連桿過渡兩種支架的尾梁部分互換性，將非放煤機構的尾梁盲目加長200 mm.

c) 由于尾梁長度較長，參照以往非放煤、收煤的過渡支架尾梁構形式，在結構件強度上需要做提升變更，通過增加橫筋高620 mm×寬420 mm×厚20 mm，提高箱梁斷面積，以加強尾梁強度和抗沖擊強度。

d) 取消尾梁后端的擋矸板及擋矸千斤的連接耳等相關結構。由于此時過渡支架的功能發生變化，改造后的過渡支架已不再保護后刮板機機組，而擋矸板的作用是防止煤矸石的落入。改造后的過渡支架已完全具備放煤收煤支護作用。見圖4.

圖4 尾梁改造前后圖

2) 插板設計。

插板總長度設計為1 740 mm，比原設計中的插板加長540 mm，能夠通過其伸縮，伴隨尾梁回轉實現較大投影面積的支護功能。通過圖2和圖3對比可知，由于過渡支架底座較高，插板距離后部刮板運輸機中部槽的高度較大，無法對煤、矸進行防漏，可能導致后部煤、矸落入后溜槽與底座中間，造成拉后溜困難，甚至導致拉后溜鏈條被擠斷。所以，經過斷面配套圖2確定，原設計中支架完全升起后，尾部離底板的最近距離約1 950 mm，在改造設計方案后，如圖3，插板到底板的最小距離應大于700 mm，而在橫向(x軸方向)的最小距離應滿足防護刮板機后溜的功能。根據實際設計原理中尾梁插板的后擺角度及插板伸出與收回的極限位置的計算，最終確定改造后的插板長度1 740 mm. 插板為箱體結構，通過增加相應的筋板來增強抗沖擊強度。此外，更改插板與插板千斤頂的連接耳位置，在不影響插板千斤頂強度、功能的前提下，確定下連接耳的合理位置，見圖5.

圖5 改造前后的插板圖

3 結 果

1) 通過對塔山礦8216工作面ZFG13000綜放過渡支架的放煤機構進行重新設計，該套機構重新投入使用后，支架所在工作面巷道壓力明顯降低，巷道來壓不再劇烈，尤其是順槽巷道內的端頭支架維護量減少，調架千斤頂的損壞情況降低。從巷道地質條件變化來看，底鼓現象不明顯，三角煤處的自由垮落和片幫減少[3].

2) 回收煤炭總量可觀。

每個工作面按照140架支架計算，過渡支架為頭三尾四或者頭四尾五布置，通過配套改造設計，對過渡支架進行放煤機構優化，增加3架放煤支架，占總放煤量的3÷140=2.14%.以塔山礦某工作面日產4.8萬t計算，每天可以增加煤炭回收48 000×2.14%=1 027 t，月回收總量可增加3萬t.

4 結 論

通過對“三機配套”綜放工作面的研究，發現緊貼工作面的頭部兩架和尾部一架過渡支架的起坡坡度較小，可以改造為擁有放煤收煤功能，即由原來的尾梁—插板—擋矸板支護結構改造為尾梁—插板放煤、收煤結構，既能提高采出率，又能滿足過渡支架對機頭機尾部分的支護要求，符合安全生產要求，增加了綜放工作面的采煤工藝方式。

參 考 文 獻

[1] 于孔玉,王文見,顏麗珍.綜采工作面三機配套技術研究[J].煤礦現代化,2016(3):22-23.

[2] 錢洋喜.四柱放頂煤過渡支架縱向穩定性的分析與研究[J].煤礦機械,2015,36(7):68-70.

[3] 陳學平.綜放工作面頂煤冒落影響因素分析[J].山西焦煤科技,2015,39(5):47-49.