ZY18000/35/77D型液壓支架技術設計及特征分析

王 雅

(晉能控股裝備制造集團 潞安裝備公司，山西 長治 046204)

ZY18000/35/77D型液壓支架是針對特厚煤層特點設計的一種支架，其控制系統采用電液控，操作方便；推移采用大流量液控閥，可提高支架的移架速度；泵站額定供液壓力的提高，使支架的初撐力得到了提高，保證了支架的支護性能；前連桿為兩個單連桿，抗扭能力大大提高；較大的支架通風斷面，保證了采煤工作面良好的通風。

1 支架的選型設計

選擇技術性能恰當的液壓支架是保證工作面安全生產的關鍵條件。該特厚煤層大采高工作面主要配套設備包括: MG1100/2860-WD采煤機，SGZ 1350/3×1200刮板輸送機，SZZ 1350/700轉載機和ZY18000/35/77D型液壓支架。

1.1 支架支護強度的確定

根據設計所采煤層厚度，支架最大高度定為7.7 m，設計最大采高7.2 m。

1) 倍數巖重法計算公式[1]：

q=nMγ

式中：M為采高，取7.2 m;γ為巖石密度，取27 kN/m3;n為不同條件下的倍數。一般認為，對中等穩定以下頂板，可取n=6～8，此處取6。

代入公式：q=6×7.2×27=1 165(kN/m2)=1.165(MPa)。

考慮支護強度 1.2 倍富裕系數，同時參考國內相似支架選型參數，支護強度確定為1.4 MPa[2]。

2) 頂板分類計算法[2]：

根據多年來綜采工作面礦壓觀測的成果，獲得了支架-圍巖達到初始力學平衡必需的臨界阻力的計算公式：

qh=72.3M+4.5Lp+78.9Ls-10.24N-62.1

式中:qh為額定支護強度下限,kN/m2；M為采高,取最大采高7.2 m；Lp為基本頂周期來壓步距,參考王莊礦地質報告,取40 m；Ls為控頂距，取6.009 m(頂梁長度+梁端距)；N為充填系數，N=hi/M，hi為直接頂厚度；取19.75 m。將上述各參數代入式中，得：

qh=72.3×7.2+4.5×40+78.9×6.009-10.24×19.75/7.2-62.1

=1 084(kN/m2)

考慮支護強度 1.2 倍富裕系數，以及設備高可靠性、低維修量、投資的合理性等因素，要求支架支護強度:qh≥1 281 kN/m2=1.281 MPa

綜合上述計算結果，支護強度取 1.4 MPa 左右為宜，以達到支架選型經濟合理、安全可靠的目的。

1.2 支架工作阻力的確定

工作面支護強度確定以后，支架工作阻力值主要取決于支護頂板的控頂面積。而支護控頂面積主要與工作面“三機”配套設備的斷面縱向尺寸有關[2]。

Qh=qhLsB0/Ks

式中：Qh為支架額定工作阻力，kN；qh為支護強度，取1 400 kN/m2；Ls為支架頂梁長度，取5.8 m；B0為支架中心距，取2.05 m。

Qh=1.4×1 000×5.8×2.05÷0.98=16 986(kN)

考慮一定的富裕系數，工作阻力定為18 000 kN。

1.3 平衡千斤頂保持力矩計算

根據支架設計要求采高7.2 m，確定支架的最大高度為7.7 m。

2 支架主要技術特征

支架適用條件為直接頂1、2類，老頂Ⅰ、Ⅱ級，煤層傾角≤10°，兩柱雙伸縮掩護式液壓支架主要技術參數見表1。

表1 液壓支架主要技術參數

3 支架的特點

常規工作面泵站額定供液壓力為31.5 MPa，此設計考慮到煤層厚、工作阻力高，選用泵站供液壓力為37.5 MPa，提高了支架的初撐力，保證了支架的支護性能。

支架采用2根D500 mm的雙伸縮立柱，調高范圍大，采高適應性強。

支架頂梁帶有內伸式伸縮梁，必要時可實現超前支護，伸縮梁前端設有一級護幫、二級護幫、三級護幫，必要時可實現超前支護，有效防止和減少煤壁片幫的發生。伸縮梁采用導軌插裝式，伸出后梁端高于頂梁45 mm，頂梁后端留清煤孔。

適當加大兩立柱間距，增大支架中心距，大大提高了支架的穩定性。

為防止支架咬架和漏矸，適當加寬頂梁和掩護梁側護板寬度，保證降架300 mm，移架一個步距時，支架間仍有一定的重合量。

支架的軸孔名義間隙不大于0.4 mm，橫向間隙不大于8 mm，特別是底座與連桿的配合間隙。

人行通道大，便于工作人員通過，操縱閥位置布置合理，不占用人行道空間，且便于操作。

挑梁裝置由一級護幫、二級護幫及三級護幫組成，根據對大采高支架片幫受力模型的分析，片幫應力最大在距頂板的0.35倍采高處。本支架的采高按7.2 m考慮，最容易片幫處應在距頂板2.52 m處。以使支架的二級護幫能將最容易片幫區域完全維護住為原則，對護幫機構優化設計，結果為：二級護幫上沿距頂板1.238 m，距片幫最大應力處1.282 m，結合三級護幫，使護幫裝置的總護幫高度達到3.812 m。護幫機構示意見圖1。

圖1 護幫機構示意(mm)

4 支架液壓控制系統

4.1 液壓系統高壓膠管配置

主進液管路為DN51G規格高壓膠管。主回液選用DN63規格回液膠管。立柱下腔DN25接口，上腔DN13接口。推移千斤頂下腔DN25接口,上腔DN19接口。平衡千斤頂上下腔DN13接口。其它均為DN10接口。

4.2 支架液壓系統

本液壓系統采用高精度電動反沖洗過濾器、回液斷路閥、進液球形截止閥、立柱球形截止閥等元件構成主干路控制系統。在立柱上配備1 000 L/min的大流量立柱液控單向閥TMFDY(1000/50);推移采用400 L/min大流量TMFDYT(400/50)液控單向閥；一級和三級護幫千斤頂采用雙向鎖TMFDS(125/50)B;二級護幫千斤頂采用雙向鎖TMFDS(125/50)B及差動雙向鎖TMFDSP(80/45)G;伸縮梁千斤頂上采用雙液控雙向鎖TMFDSS(125/50)。支架換向閥組采用22功能23出口電液換向閥組TMFHZY(23).00,主進液P:DN25;主回液R:DN32。

5 支架四連桿優化設計、運動分析

四連桿優化參數見圖2及表2。

圖2 四連桿優化參數

表2 四連桿優化參數 單位：mm

經過優化設計的四連桿，可保證支架在正常使用高度5.5～7.2 m時，支架梁端距的前后變化范圍為76 mm，見圖3。

圖3 支架梁端距變化范圍曲線圖

按支架使用高度7.2 m、采煤機和刮板輸送機后仰5.5°、滾筒和支架頂梁前端不干涉為前提，此時梁端空頂距為750 mm,間隙為68 mm,具體見圖4。

圖4 采煤機和刮板輸送機后仰5.5°示意(mm)

支護高度H=5.5～7.2 m， 摩擦系數f=0.2時，支架支護強度1.45～1.49 MPa，支護強度曲線見圖5。

圖5 支護強度曲線圖

對底板平均比壓(f=0.2，H=5.5～7.2 m)為2.59～2.63 MPa，曲線圖見圖6。

圖6 對底板比壓曲線圖

6 結 語

綜上所述，ZY18000/35/77型掩護式液壓支架的設計為厚煤層大采高工作面一次采全高提供了安全高效可靠的支護設備，適宜大范圍推廣應用。