ZZC7000/20/40型充填支架改造技術分析

（唐山開灤鐵拓重型機械制造有限責任公司，河北 唐山 063103）

ZZC7000/20/40 型充填液壓支架，是一種新型的煤礦井下機械化采煤工作面支護設備，用于維護采煤工作面頂板和填充采空區。同時，能為輸送機和工作人員提供安全的工作空間，并能推動工作面輸送機向煤壁方向移動，同時還可以以輸送機為支點，實現支架的自移，從而實現綜合機械化采煤，解決了機械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作面的矛盾，又進一步改善和提高了采煤與運輸等設備的效能[1]。

實現充填開采綜合機械化，可以增加煤炭產量，提高工效，降低成本，減輕礦工的笨重體力勞動，并能提高生產的安全性。充填開采對采空區進行填充，能解決煤礦“三下”（建筑物、鐵路下、水體下）壓煤狀況，減少對環境的破壞和資源的浪費，有利于維護人類生存的生態環境，是煤礦工業實現現代化及可持續發展的有效途徑[2]。

1 支架的結構組成

該支架是支撐式充填液壓支架，主要是由前梁、頂梁和后頂梁等組成的。

2 支架的結構特點

該支架采用鉸接前梁帶伸縮梁及護幫板結構，設置全長側護板，前梁在前梁千斤頂的作用下，可以上下擺動，能更好地適應不平整頂板條件，頂梁和后頂梁采用雙側活動側護板，提高頂板覆蓋率，改善支護效果，減少架間漏矸石。

為了實現填充的功能，在前頂梁尾端增設了后頂梁，后頂梁下部設置有滑道，采用帶滑槽的高強度箱體焊接結構，后頂梁可以支撐工作面后部空間的頂板，能使充填輸送機在后刮板伸縮千斤頂的作用下在支架后頂梁滑動。充填輸送機運輸充填物落到需要充填的相應采空區，從而實現充填功能。

為了搗實采空區的填充物，夯實結構鉸接在底座上，在擺梁千斤頂的作用下調節夯實結構仰角。夯實結構在壓實千斤頂的作用下夯實填充在采空區的填充物。夯實機構采用兩級伸縮結構，增加夯實結構的伸縮比，減小支架整體尺寸，夯實鏟板仿照鏟斗機機構設計，夯實機構可拆卸。

支架采用正四連桿機構設計，上連桿采用“Y”形結構，前、后連桿均為單連桿結構，與底座鉸接，增大了連桿的抗彎、抗扭能力，提高了支架的穩定性，在“Y”形上連桿中間留有觀察口，以便于觀察后部的充填程度。

支架推桿采用整體式長推桿結構，推移千斤頂采用普通倒裝形式。推桿一端通過連接頭與前部運輸機相連，另一端通過推移千斤頂與底座相連，以此完成推動前部運輸機和拉架的作用。

底座為高強度箱體焊接結構，有利于浮煤、矸石的排出，支架底座直接作用于工作面底板上，在底座上立柱的鉸接點設有柱窩，底座與前后連桿的鉸接形式均為單軸孔鉸接，底座尾端設有鉸接點，用來鉸接擺梁，開檔處設有推移框架，推移框架在推移千斤頂作用下起推溜移架的作用。

3 該支架改造前存在的問題

ZZC7000/20/40 型充填液壓支架適用于走向長臂后退式開采，采用充填技術對采空區進行填充，該支架適用于開灤集團唐山礦業分公司煤礦。

唐山礦業分公司Y484 工作面地質條件如下。煤層厚度2.9 m~4.41 m，平均厚度3.74 m，煤層傾角7~10°，工作面長度121 m。巖性為炭質泥巖。主要配套設備有MG200/500-QWD 采煤機、SGZ730/400 刮板運輸機。該采面用先采煤后充填的充填法維護采空區頂板，以減少地面沉降等采動影響，保護地面環境的安全。

唐山礦業分公司原有的ZZC7000/20/40 充填支架，在生產過程中主要存在以下幾個問題，不能滿足井下充填的需求。

唐山礦業分公司Y484 工作面頂板較為破碎，支架后頂梁相對較長，當頂板來壓時，受頂板壓力較大。

原夯實結構的設計是雙伸縮千斤頂帶二級伸縮筒的方式，伸縮筒為敞開式設計，伸縮筒未設置漏煤（矸石）口。該采面頂板破碎嚴重，在支架填充過程中，尾部落煤和運輸機矸石掉落，進入原夯實結構中無法清理，造成夯實結構的損壞，填充效果不佳。

原夯實結構通過擺梁千斤頂控制夯實結構的上下擺動，擺梁千斤頂一端連接夯實結構，一端連接底座。三者構成一種費力杠桿，調節能力較差。

原有夯實結構鏟板固定方式為銷軸固定，井下使用過程中損壞嚴重。

4 支架改造過程分析

該文根據實際工作情況，對該支架的改造作重新設計，具體如下。

4.1 后頂梁的改造設計

按照最大程度地利用舊支架的原則，后頂梁在原支架后頂梁上直接進行改造設計。筆者將后頂梁改短并重新校核強度，改變原有千斤頂的安裝位置，在保證使用性能的基礎上，減少頂板來壓后支架所受的壓力[3]。具體如下：

后頂梁縮短165 mm，后刮板千斤頂安裝耳座位置左移65 mm。后刮板行程由700 mm 變為600 mm。在后頂梁千斤頂達到工作阻力1 602 kN 時，后頂梁尖端力為460 kN。縮短后，后頂梁的尖端力增大到487 kN，如圖1 所示。

圖1 支架改造分析過程

后頂梁托梁滑移軌道安裝口前方筋板增加75 mm×60 mm的豁口，用來安裝滑移梁。尾部選用與母材一致的板材焊接。同時，耳座下端與后頂梁頂板焊接，耳座位置與原支架動作互不干擾。

4.2 重新設計該支架的夯實結構

根據實際情況，重新設計支架夯實結構，新夯實結構采用單筒單伸結構。單筒單伸結構較雙筒雙伸結構導向性好，簡單可靠，便于拆裝和維修。如圖2 所示。

圖2 重新設計的支架夯實結構

原支架的調高方式為底座、擺梁千斤頂與夯實結構連接，這種連接方式是一種費力杠桿，調高能力較差。新的夯實結構的調高方式改為斜拉伸方式，夯實調高千斤頂一端連接后頂梁耳座一端連接新夯實結構的外筒。這種調高方式調節范圍較大，安全可靠[4]。

4.3 夯實內筒的設計

原有夯實結構鏟板固定方式為銷軸固定，在井下使用過程中損壞嚴重，新夯實內筒鏟板采用與主筋焊接固定的方式，這種方式較原支架銷軸連接方式使用性能更加可靠。

4.4 夯實外筒的設計

夯實外筒底面和兩側加裝導軌，增強導向性，減少內夯實筒和外夯實筒的摩擦，夯實外筒底板開整體長形孔，頂板開安裝孔，可以減少矸石的堆積。同時，夯實外筒前端處加Q460δ60 加強唇板，防止由于夯實內筒向下壓造成外筒前端焊縫開裂。

而夯實伸縮千斤頂與夯實外筒采用“U”形座連接。夯實千斤頂安裝筒底部不封口，并在底板處開設兩處窗口，如果有矸石被內夯實筒帶進去，矸石可以從底部掉落。

4.5 底座的改造設計

由于夯實結構的重新設計，原有的夯實結構固定方式發生改變，受夯推結構焊接的需求，需要在底座上內側主筋位置上加貼板。銷軸的固定方式由方擋銷固定改為擋銷板固定。

5 結語

液壓支架是現代化煤礦綜采工作中的重要機械組成部分，起到了支撐煤層頂板、推移刮板運輸機等作用。隨著經濟的快速發展和煤礦企業不斷地壯大，對這方面的需求越來越大。但是在實際生產應用中，如何進一步做好成本和效益的雙重考慮，就顯得十分重要了。經過多次實踐總結，該次改造設計盡可能多地保留了原有ZZC7000/20/40型充填支架的部件，提高了舊件的使用率，進而減少成本。改造后該充填支架原有使用性能不受到影響，充填能力進一步提升。該支架的完成得到了礦方的認可，提升了井下充填開采的效率。對于開發利用煤炭資源，提高資源采出率，延長礦井開采年限和實現高效開采都具有十分重要的意義。