綜采工作面ZF8500 型液壓支架回撤裝置應用分析

高小崗

（山西高河能源有限公司， 山西 長治 046000）

1 液壓支架撤離技術分析

通常在綜采工作面進入采掘收尾時，以及在皮帶輸送機和采煤機全部撤回后進行液壓支撐。液壓支撐排空裝置的核心元件主要包括支撐部分、方向調整部分等。在撤退過程中，支撐部分主要是在撤回液壓支撐后完成支撐，方向調整部分主要是在撤回液壓支撐期間保持正確的撤退方向。其他運動部件在抽出過程中為液壓支架的運動和方向調整提供動力。

2 液壓支架撤退設計

2.1 支撐部分

后退型液壓支架主要工作部位在系統內的三角形區域，這一部分裝置主要是由伸縮梁、頂梁及其他必要構成部分[1-2]。

1）確定支撐力的初始值。當液壓支架在感受到頂板的壓迫作用時，將產生一個設定力，這個力的大小需要進行調節，不能大于其工作阻力。系統中初始設定力的值越大，越接近工作阻力，上升到工作阻力值所需要的時間就會大大縮小，支撐過程也會變得更加可靠，可更好地支撐工作面頂板。為了在設計過程中更好地保護可伸縮車頂結構的完整性，通常將設定力的初始值控制在0.75 倍的工作阻力值左右。

2）高度調節。根據工作面的開采高度，確定三角形區域中用于進退的屏蔽液壓支架的高度調節范圍。煤礦綜采工作面的開采高度一般在3 m 左右波動。采礦結束時，采煤機的實際采礦高度一般會控制在3 m 以內，可以看出，伸縮式盾構支架的設計至少需要滿足實際高度要求。撤回裝置的最大支撐高度的計算可以通過公式Hmax=Mmax+S1完成。其中：Mmax代表所提取的綜采工作面巷道的縱向高度尺寸，而S1代表觸及到頂板時的最大厚度。如果處于完全跌落狀態，則表示該液壓支架的伸縮式保護蓋的最大高度已經超過3 m 安全范圍。在液壓伸縮式保護罩支架的工作程序中，并沒有明確規定支架的最小調節高度。由相關書籍上查詢到的人機工程學的課本理論知識，再結合相關實際工作過程中的回撤情況，可以在一定程度上確定好支架的高度調節范圍并進行鎖定，理論上幾乎滿足1～3 m 的區間[3-4]。

3）四連桿機構設計。目前的頂梁前端軌跡功能主要還是靠四連桿機構來實現，同時也是三角伸縮式盾構液壓支撐功能的重要保證。為了滿足伸縮式防護罩液壓支架對空間上的實際需求，將頂梁的前部移動軌跡改成了雙線，進而在一定程度上避免了工作中的干擾。四連桿機構的具體關鍵參數為：當支架從最大高度移動到最低位置時，橫向的擺動寬度小于30 mm；當頂梁支架位于最高位置時，頂梁與屏蔽梁之間的角度在50°～60°之間。對于最低的工作位置要求，角度設計基本上可以忽略。

2.2 頂梁結構

與傳統結構相比，三角形區域后退屏蔽式液壓支架有效增加了頂梁的實際支撐面積，完全可以支撐三角形區域，同時也保證了實施液壓支架后退過程中有更大的空間操作。通過模擬牽拉和移動要撤回的液壓支架的移動過程，可以確定縮回的屏蔽支架的頂梁長度在100 mm 以內，但不小于40 mm。由于伸縮梁也需要加長，因此重新設計了伸縮梁在頂梁上的導向槽，導向槽的總長度為50 mm 左右。頂梁結構設計見下頁圖1[5]。

2.3 伸縮梁結構

在液壓支架縮回進程完成后，裸露的頂板長度與液壓支架之間的工作距離密切相關。待撤離的液壓支架之間的當前距離約為1.5 m，這個數值在伸縮梁結構的設計中需要考慮最大的行程才能滿足上面的要求確保可以安全撤離。遵循屋頂位置的可靠支撐，以免發生屋頂墜落事故。與傳統的液壓支架伸縮梁相比，三角形伸縮盾構液壓支架因伸縮梁的增加而不可避免地致使其端部出現強度和剛度性能降低的問題。因而為了確保端部支架有足夠的承載能力，在設計中采取了延長留在頂梁腔中的伸縮梁的長度。該伸縮光束的整體長度接近3 m，演示過程見圖2。

圖1 頂梁結構

圖2 加強伸縮梁結構

2.4 遷移過程

為了滿足快速移動框架以及快速移動和撤離平臺的要求，三角形區域可伸縮防護液壓支架將推動機構的最大行程設計仍然保持在1.5 m 左右，這種被設計為前后結構模式的零件，便于在地下安裝和運輸推動機構。如圖3 所示，給出了一種伸縮式盾構支撐移動機械的示意圖，該機械主要由移動千斤頂、移動桿的前部和移動桿的后部組成。在推動機構的工作過程中產生的推力完成了支撐構件的拉動和移動，并且所產生的拉力用于調節構件運動方向。

圖3 回撤掩護式支架推移機示意圖

2.5 水平推網機制

排空后部液壓支架后形成的三角形無支架區域是最危險的。一旦屋頂倒塌，撤退將不會成功完成。在此基礎上，為三角形盾構液壓支撐網絡結構設計了特殊的橫向驅動力，如圖4 所示。橫向推力機構的主體部分和支撐基座的側面通過鉸鏈鉸接在一起，通過與千斤頂配合，可以完成主體部分與地面之間的角度和方向的調整。同時，為了保證角度和方向的調整范圍，嚴格控制千斤頂伸縮部分的行程，設計值控制在1 m 開外。

3 調整零件

圖4 推網機構示意圖

圖5 調向部分示意圖

液壓支撐撤退裝置的方向調節部分的結構如圖5 所示，包括提升斜面、方向盤輪轂、方向調節滑輪組1、方向調節滑輪組2 和方向調節千斤頂。提升了方向調節部分的承載能力，并增加了主體和頂板之間的接觸面積。與此同時，將更加方便使要撤回的支架快速移動到平臺的中心。旋轉工作時對于要收回的支架，轉向千斤頂提供拉動和轉向的驅動力，轉向凸臺圍繞凸臺完成。轉向滑輪組1 和轉向滑輪組2的組合使用可以完成待拉出的液壓支架的轉向功能，并實現待拉出的液壓支架的直角方向轉變。

4 應用效果評估

根據綜采工作面液壓支架抽采裝置設計的技術要求，完成工程圖的制圖、加工和制造。為了驗證設備的設計效果，撤回了ZF8500 液壓支架，以使用完整的采煤工作面。應用結果表明，液壓支架縮回裝置可以完成ZF8500 液壓支架的縮回功能，運行穩定可靠，不會產生干擾。與原始的ZF8500 液壓支撐拉拔裝置相比，該液壓支撐拉拔裝置可以實現三角形區域的支撐，而不會引起頂板的塌陷和液壓支撐的壓縮損壞。據有關專家估計，新型液壓支架疏散裝置的應用使液壓支架的重用率大大提高，節約了煤礦的開采成本，每年可以多創造一百多萬元的經濟效益。