綜采工作面液壓支架自主調斜調偏技術

王振環

（山西潞安集團司馬煤業公司，山西 長治 046000）

1 液壓支架傾斜原因分析

1.1 工作面煤層傾角大

當工作面的煤層傾角大于15°時，液壓支架的傾斜角度較大。在此情況下，支架的重力較為分散，頂座與工作面頂板之間的摩擦力減小，底座與底板之間的摩擦力也減少，導致支架穩定性降低，容易發生滑動傾斜。

1.2 工作面遇到斷層構造帶

一般情況下，煤層頂板凹凸不平，波浪起伏，厚度不一，多處有斷層的現象，工作面的傾角或大或小，不斷變化，這些情況容易引發支架穩定性降低，甚至傾倒。當工作面的頂板受到破壞時，如果不能及時支護，煤壁的壓力就會增加，進而壓碎煤層。當頂板在壓力的作用下被壓碎下沉，造成頂板不平整，進而造成支架不穩，引發支架傾角甚至倒架。

1.3 液壓支架采高超過規定高度

液壓支架類型較多，選用哪種型號需要根據煤層厚度來確定。如果煤層厚度深淺不均，支架采高超過規定高度時，容易使支架的支撐力降低，引發支架傾斜。此外，工作面傾角如果超過12°，并且連續有多個支架超高時，都會形面側向滑動，造成支架傾倒。

1.4 調斜操作不正確

調斜，始終是綜采工作中的重點。如果調斜操作不正確，容易造成輸送機不穩，使支架傾斜，頂板穩定性降低，危及安全生產。

2 常用支架調斜調偏技術分析

2.1 液壓支架側護板調斜技術

液壓支架的側護板，是當前綜采工作面的主要調斜手段，通常安裝在支架一側，具有調整支架狀態的作用，主要用以調整相鄰支架的傾斜度，這樣可以在支架過山或退山時起到控制的作用。通常，支架活動側護板的有效行程在150～200 mm 之間，而支架頂梁的間距在50～90 mm 之間，因此，側護板要發揮其應有的作用，需要處于略微傾斜的姿態。但在實際操作當中，還存在局限性。一是當支架下側為活動側護板時，如果側護板全部取出，那么無法進行調架，如果沒有全部取出，那調架的調量較為有限；二是當支架上側為活動側護板時，同樣無法調整支架。

2.2 液壓支架調尾千斤頂調偏技術

該調偏技術，主要是在支架底座尾部安裝千斤頂，利用其來調整支架底座之間的距離，也可用來調整其方向。這種調偏技術在實際操作應用當中，有三個不足：一是如果沒有固定好千斤頂，在使用過程中容易出現滑動的情況；二是如果工作面傾角大，兩個支架的底座之間就會有高度落差，特別是這個落差高于支架底座時，千斤頂的固定較為困難，受力點不夠牢固，此時容易出現支架傾斜；三是一般情況下兩個支架底座之間的距離在100～200 mm 之間，而千斤頂的行程一般在250～300 mm 之間，明顯大于支架底座的距離，因此調架余量較小。

3 綜采液壓支架調斜調偏新技術

3.1 液壓支架自主調斜調偏技術思路分析

從分析中可發現，現行支架調斜或調偏技術確實存在需要改進完善的空間。液壓支架在安裝進入工作面后，會與相鄰的支架之間形成一個受力的整體，共同支撐起綜采的穩定空間，又因每個支架擁有獨立的系統，這就需要擁有獨立的自主調節功能，而當前主要使用的液壓支架均缺乏這一功能。因此，基于自主調節功能的調架技術，是一項新的研究方向。根據力學原理，增加千斤頂的有效行程、固定受力點、增大千斤頂推力，是解決液壓支架調斜調偏技術的必要條件。從這一思路出發，液壓支架的自主調斜調偏技術，主要是對支架進行垂直方向和水平方向的姿態調整。

3.2 液壓支架自主調斜調偏技術

3.2.1 液壓支架自主調斜技術的計算模型

自主調斜，是在支架底座位置安裝組合式的推移裝置，不再像以往一樣借助鄰架的力量，而是基于本支架進行操作。當支架轉動進行位移時，轉動角度設為θ，組合式推移裝置會產生推力，設為F，該推力的作用點在支架底座，底座另外一側的側邊為旋轉軸，推力的力臂為支架的寬度，設為D。此時，推動支架轉動的力矩可計算為：

與傳統的調斜技術進行比較，有兩個優勢：一是傳統的調斜技術，由于受到液壓支架頂梁尺寸的約束，側護板的推移直徑和推移行程會受到相應的影響，推移能力有限。而自主調斜技術下，側護板的推移直徑、行程均有較大的余量，可以通過增加推移裝置的推移缸直徑來實現。二是從協調控制的角度來看，傳統技術需要借助鄰架進行操作，而自主調斜技術則不需要借助其他支架，操作流程明顯繼續縮短，效率得到有效提高。

3.2.2 液壓支架自主調偏技術的計算模型

在液壓支架底座的尾部安裝千斤頂，并增加由1個大座體和2個推移體組成的后調裝置，既可以獨立推移，又可以同步推移，共同對支架底座形成推力，實現自主調整。

在實施自主調偏操作時，千斤頂對支架產生推力，設為F，該推力的作用點在支架底座，而底座的重心為旋轉軸，支架寬度是該推力力矩的2 倍，在轉動支架的過程中還需要考慮到摩擦力的影響，因此，支架轉動的推力力矩可依公式（2）進行計算：

式中：f 為摩擦力。

與傳統的調偏技術進行比較，有兩個優勢：一是現行的調偏技術，由于受到液壓支架底座尺寸的限制，在推移過程中推移能力有限，推移的直徑和行程距離都會受到相應的影響。而自主調偏技術下，在支架底座尾部安裝推移缸，其直徑、行程均有較大的調整余量，可通過增加推移缸的直徑來提升推動力，同時，由于推移缸可獨立操作，從而獲得了更高的調偏自由度。二是從協調控制的角度來看，自主調偏技術不需要借助其他支架，進而得到了更快的操作流程和更高的調偏效率。

3.3 液壓支架底座調斜技術

液壓支架調斜裝置，安裝在支架底座上，以千斤頂為主要裝置，可單獨升降，也可相互配合操作，可以調整液壓支架前后、左右與上下的姿態位置。

在實施操作時，主要觀察支架的傾倒方向，哪側傾倒就調升哪側的裝置，當液壓支架過山或退山時，分別升起支架底座一側的2個調斜裝置。在升起過程中，根據實際情況可配合降架操作，將支架調整到迎山接頂的狀態。

3.4 液壓支架尾部調偏技術

液壓支架調偏裝置，安裝在支架底座尾部，主要由左右兩側的推移千斤頂為主要構件，既可單獨推移，又可同步推移。

在移動支架的時候，當支架偏移到左側或右側時，可將支架底座尾部的千斤頂分別伸出，以底板為支撐點，推動支架向左側或右側擺動，進而調正方向。如果支架不到位，可將千斤頂同時伸出，推移支架到位，排成直線。

4 工程應用

某煤礦805 綜采工作面，長1000 m，傾斜159 m，儲煤量120 萬t，傾角從南到北處于21°～32°之間，平均28°，地質構造較復雜。在回采過程中，上半段的支架經常出現傾斜問題，調架困難，直接威脅到生產安全。基于此，利用自主調斜調偏技術，安裝了相應的調斜調偏裝置，調架工作變得簡便，效果明顯，性能穩定，有效改善了工作環境。

5 結語

基于當前支架調偏調斜技術的不足，本文結合力學原理探索分析了自主調斜調偏技術的具體思路和模型計算，并通過某礦實踐應用，驗證了自主調斜調偏技術的控制實施效果。