大傾角液壓支架調架梁及側護板使用能力探討

四川華鎣山廣能集團李子埡礦業技術服務公司 賀旭東 安海洋

0 前言

大傾角液壓支架一般指最大高度≤3.2m，使用傾角35°-55°；或最大高度3.2m以上，4.5m以下，使用傾角20°-40°的液壓支架。在大傾角工作面，液壓支架在非支撐狀態或自由狀態時其本身會失去穩定性，為防止工作面支架傾倒、下滑，大傾角液壓支架必須配備防倒、防滑機構。大傾角液壓支架常見的防倒、防滑、調架機構包括：調架梁、頂梁側護板、掩護梁側護板及特設的調架、防倒機構（一般只用于排頭、排尾處）。

在大傾角煤層實際開采過程中，常常會遇到支架下滑或者“擺尾”等狀況，此時采煤工人就會通過調架梁和側推千斤頂來進行調架，但實際效果卻不太理想，甚至根本就達不到效果。本文將以最大高度≤3.2m，使用傾角35°-55°工況下的一個案例來對大傾角液壓支架的調架梁、頂梁側護板、掩護梁側護板進行具體分析，研究其在防倒、防滑、調架方面的能力，并對其使用方式提供建議。

1 大傾角液壓支架調架梁及側護板的作用及布置

調架梁與支架的底座通過與導軸、千斤頂進行連接、位移。其主要作用有：在支架前移時起導向作用，起防滑、調架作用。

支架側護板分頂梁側護板和掩護梁側護板，其通過對應的導軸和千斤頂與頂梁、掩護梁連接并實現位移，其主要作用有：起擋矸密封作用，在支架前移時起導向作用，起防倒、調架作用。

大傾角液壓支架的調架梁、頂梁側護板、掩護梁側護板是支架最基本的防倒、防滑、調架機構，其具體位置見圖1。

圖1 調架梁、側護板位置布置圖

2 調架梁及側護板的能力分析及建議

2.1 參數設置

現有大傾角液壓支架及工作面部分參數見下表：

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說明：調架梁與側護板千斤頂共6件，頂梁、掩護梁、底座上各兩件，28MPa壓力時其單根油缸的推力約f=3.14×（632/4）×10-3×28KN=87.2KN。

2.2 力學計算

調架梁與側護板在工作面進行調架時的受力情況見圖2（不考慮鄰架間煤矸阻力等因素），具體受力分析如下：

圖2 調架梁與側護板在工作面進行調架時的受力分解圖

（1）調架力計算

設下架支架使得上鄰架沿工作面傾斜方向上移的力（調架力）為F，則其需要克服上鄰架重力的分力F1及滑動摩擦力F2，即F=F1+F2。

其中：

F1=m×g×cos45°=21000kg ×9.8N/kg×cos45°

≈145522N≈145.5KN

F2=K×m×g×sin45°=0.6×21000kg ×9.8N/kg×sin45°

≈87313N≈87.3KN

則：F=F1+F2=145.5KN+87.3KN=232.8KN

即，實現調架功能需要的調架力為232.8KN

（2）調架梁和側推千斤頂實際調架力計算

設調架梁千斤頂及側護板千斤頂對B點的力矩為M1，合力F對B點的反力矩為M2，則：

M1=2f×（L1+L2+L3）=2×87.2KN×（0.19+2.06+2.825）mm

=885.08KN*m

M2=F×h=232.8KN×0.75m=174.6 KN*m

其中h為合力F距底板距離，為0.75m。

因M1＞M2

故支架的A點與A1點會先接觸，設此時調架梁千斤頂與側護板千斤頂分配到A點的力為Fa，分配至B點的力為Fb（實際調架力），則：

Fa=2f（L1+L2+L3）/H=2×87.2KN×（0.19+2.06+2.825）m/3m≈295KN

Fb=6f-Fa=6×87.2KN-295KN=228.2KN

2.3 能力分析及建議

①從上面的計算可以得出：Fb＜F，調架梁千斤頂及側護千斤頂對上架支架的實際調架力小于支架上移需要的力，故調架能力不足。

②F1-F2=145.5KN-87.3KN=58.2KN，遠遠小于Fb，說明支架的下滑力遠遠小于調架梁千斤頂和側護千斤頂對其的支撐力，證明其防滑能力足夠；

③頂、掩4根側護板千斤頂的合力可達87.2KN×4=348.8KN，說明其保證支架的穩定性不存在問題，故其防倒能力足夠。

綜上，在未設置其余輔助調架機構的狀況下，單靠調架梁與側護板來實現調架功能是極不可靠的，但支架防倒、防滑的功能是完全足夠的。在工作面實際拉架時，支架B點會略有陷底而導致摩擦阻力增大，且相鄰兩支架間極易產生間隙而進入矸石導致調架阻力增大，加之工作面頂底板條件可能較差，支架上調時的阻力可能會更大。同時，支架前端聯接有刮板輸送機，支架后端存在矸石堆積，這些都會使得實際調架阻力大于理論值。在該狀況下，即使將千斤頂更換為缸徑為φ80mm（此時Fb增大至368KN），仍不能保證調架能力足夠。但若此時增加單獨調架結構，采用上架拉本架的方式，若該油缸缸/桿徑為φ125/70，在28MPa時，其拉力可達236KN，將其配合調架梁、側護板同時使用，其比單純增大調架梁、側護板油缸缸徑更可靠。

3.結論

大傾角工作面支架一旦出現下滑而又未能及時上調的情況，后續再想通過調架梁及側護千斤頂實現支架調架是極其困難的，甚至對整個工作面正常生產都可能產生致命的威脅。故為保證大傾角工作面正常推進，支架調架梁及側護板應作為一種主動防倒、防滑機構進行使用，并通過嚴格控制相鄰架之間的間隙并及時清除相鄰架之間的浮煤浮矸等措施保證相鄰架接觸可靠，再配合合理的采煤工藝來保證設備的穩定性，而不要將其作為調架的一種主要手段來使用。