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薄煤層機(jī)采和炮采兩用液壓支架的研制

文檔作者：徐濤，溫?zé)槪跹蕴? 文檔來(lái)源：充州礦業(yè)集團(tuán)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月28日
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· 86· 煤礦機(jī) 電 2011年第5期
薄煤層機(jī)采和炮采兩用液壓支架的研制
徐濤，溫?zé)?，王言?
(充州礦業(yè)集團(tuán)有限公司機(jī)電設(shè)備制造廠，山東鄒城273500)
摘要： 為進(jìn)一步提高薄煤層綜采工作面開(kāi)采效率，增加薄煤層開(kāi)采的安全性，設(shè)計(jì)了ZY4000／
08／16型掩護(hù)式支架。根據(jù)工作面頂板條件、煤層埋深和采高等因素確定支護(hù)強(qiáng)度；為適應(yīng)炮采和
機(jī)采兩種不同開(kāi)采工藝的要求，采用長(zhǎng)、短兩種推移桿。該支架經(jīng)使用，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞： 掩護(hù)式支架；薄煤層開(kāi)采；機(jī)采；炮采
中圖分類(lèi)號(hào)：TD355．~43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001—0874{2011)05—0086—03
Research on Dual—Purpose Hydraulic Support of Thin Seam
Machine and Blasting Mining
XU Tao，WEN We ，WANG Yah-tang
(Electrical and Mechanical Equipment Factory，Yanzhou Mining(Group)Co．，Ltd．，Zoucheng 273500，China)
Abstract： In order to further improve the thin seam coal face mining eficiency and safety of thin seam mining，
designs ZY4000／08／1 6 type shield hydraulic suppo~．According to the roof condition，the depth and height of
mining factors，determines the intensity of hydraulic suppo~；in order to adapt the machine and blasting mining
these two different exploration mining technology requirements，uses two kinds of long and short push-moving poles．
It is proved that the hydraulic suppofl achieves design requirements by use．
Keywords： shield hydraulic suppo~；thin seam exploration；mechanical exploration；blasting mining
0 概述
目前，國(guó)內(nèi)外煤炭企業(yè)在開(kāi)采薄煤層時(shí)通常采
用高檔普采、單體支柱配：滾筒采煤機(jī)開(kāi)采、垛式支
架放炮開(kāi)采、支架配刨煤機(jī)開(kāi)采、薄煤層綜采等幾種
方式。在煤層≤1 m的薄煤層綜采方面，兗礦集團(tuán)
楊村、南屯等煤礦已有成功實(shí)施的例子。
同煤集團(tuán)姜家灣煤礦為“三硬”地質(zhì)條件，一直
是以炮采和普采為主，為了進(jìn)一步提高薄煤層綜采
工作面的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高薄煤層開(kāi)采的安全性，推
廣薄煤層機(jī)械化開(kāi)采，在借鑒國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的基
礎(chǔ)上，兗礦集團(tuán)機(jī)電設(shè)備制造廠研制出ZY4000／08／
16型掩護(hù)式支架，該支架在較薄煤層采高范圍內(nèi)，
與大功率薄煤層采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)優(yōu)化配套，滿(mǎn)足
“三硬”地質(zhì)條件對(duì)液壓支架的要求，并可在滿(mǎn)足綜
采要求的同時(shí)，撤掉采煤機(jī)后能滿(mǎn)足炮采工藝的要
求。該支架已在同煤集團(tuán)姜家灣煤礦得到成功
應(yīng)用。
1 支架的選型及主要技術(shù)參數(shù)
1．1 選型
工作面煤層屬侏羅紀(jì)大同組7-2 層煤，煤層厚
度0．9—1．28 m，傾角0?！?。，可采指數(shù)100％ ，較穩(wěn)
的2J常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，停止提升機(jī)運(yùn)行。
3 結(jié)語(yǔ)
本電控系統(tǒng)滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定要求的
保護(hù)和閉鎖功能，并增加了其它保護(hù)功能，提高了提
升系統(tǒng)的安全性，使運(yùn)行故障率低，也大大增加了有
效提升時(shí)間，進(jìn)一步提高了礦井的提升能力。
作者簡(jiǎn)介：尹亞軍(1971一)，女，高級(jí)講師。2005年畢業(yè)于哈爾濱
工業(yè)大學(xué)電子信息技術(shù)研究院通信與信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)(碩士學(xué)位)，現(xiàn)
從事電氣專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與研究，發(fā)表論文多篇。
(收稿日期：2011—06—07；責(zé)任編輯：姚克)
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2011年第5期 煤礦機(jī)電 ·87·
定。煤層結(jié)構(gòu)單一，局部有夾石，層理、節(jié)理較發(fā)育。
煤質(zhì)情況Mad 3．98％ 、Ad 6．6％ 、Vdaf 33．99％ 、
Qgr．a(chǎn)d 228．77 MJ／kg、St．d％ 0．66％ 。老頂以細(xì)砂
巖為主，直接頂為細(xì)砂巖及粉砂巖互層，偽頂為炭質(zhì)
頁(yè)巖，直接底為砂質(zhì)泥巖，老底為細(xì)砂巖及粗砂巖互
層。
支架架型的選擇主要考慮支護(hù)強(qiáng)度與采面相適
應(yīng)，對(duì)底板比壓與底板的抗壓強(qiáng)度相適應(yīng)，與煤層賦
存條件相適應(yīng)，支護(hù)斷面與通風(fēng)面相適應(yīng)，與采煤
機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備相匹配。根據(jù)國(guó)內(nèi)薄煤層礦井的
成功經(jīng)驗(yàn)和發(fā)展方向，結(jié)合兗礦薄煤層工作面條件，
現(xiàn)選用兩柱掩護(hù)式支架。
1．2 主要技術(shù)參數(shù)
1．2．1 支架高度
工作面煤層厚度為0．9～1．28 m，為適應(yīng)煤層
厚度變化及局部冒頂?shù)惹闆r、防止支架頂空倒架，保
證支架發(fā)揮正常支護(hù)作用，按煤炭行業(yè)(MT／T556—
1996)標(biāo)準(zhǔn)“液壓支架設(shè)計(jì)規(guī)范”的規(guī)定選取支架的
最大結(jié)構(gòu)高度。據(jù)此確定支架最大結(jié)構(gòu)高度為1．6
m。比一次采全高 ?大0．2—0．4 m左右，即：
= M +0．3(單位：m)，支架最低結(jié)構(gòu)高度H i 應(yīng)
滿(mǎn)足最低采高 i 時(shí)頂板下沉、盡可能在不影響性
能的情況下增加伸縮比以及采煤機(jī)和輸送機(jī)配套等
要求，一般應(yīng)滿(mǎn)足：日 ≥ i 一0．2(單位：m)，考慮
到工作面為“三硬”特殊地質(zhì)條件的需要，適當(dāng)減小
0．2 m，據(jù)此確定支架的最小結(jié)構(gòu)高度為H i =0．8
m，液壓支架結(jié)構(gòu)高度為0．8～1．6 m。
1．2．2 推移步距
根據(jù)不同開(kāi)采工藝要求，炮采推移步距為950
mm；機(jī)采推移步距為630 mm；為了適應(yīng)兩種推移步
距，我們采用了長(zhǎng)、短兩種推移桿和給推移千斤頂安
裝距離套的方式。
1．2．3 支護(hù)強(qiáng)度
支護(hù)強(qiáng)度主要取決于工作面頂板條件、煤層埋
深和采高等因素。
支護(hù)強(qiáng)度為：
P = 9．81 × h × ×
式中：P——工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度，kN／m ；
^——平均采高，h：1．09 m；
y——頂板巖石容重， =2．5 t／m ；
— — 工作面支架應(yīng)該支護(hù)的上覆巖層厚度與
采高之比一般k=4～8。(根據(jù)具體情況，開(kāi)采煤層
較薄、頂板條件好、周期來(lái)壓不明顯時(shí)，選用低倍數(shù)，
反之，采用高倍數(shù)。)
考慮到姜家灣礦同一煤層已經(jīng)使用過(guò)單體和支
架，且支護(hù)效果良好，根據(jù)7層煤開(kāi)采中礦壓顯現(xiàn)情
況，采用類(lèi)比的方法，加大了安全系數(shù)，取支護(hù)強(qiáng)度
為0．4～0．6 MPa。
1．2．4 工作阻力
P =Qz·( +LD)。B／叼
式中：P——支架的工作阻力，kN；
— — 支架的支護(hù)強(qiáng)度， =550 kN／m ；
，JK—— 控頂距，LK=0．56 m；
D— — 頂梁長(zhǎng)度，LD=3．54 m；
B— — 支架中心距，B=1．5 m；
'7——效率因數(shù)，叼=0．9 m。
計(jì)算得：P=4 000 kN
2 支架總體特點(diǎn)
支架高度為800～1 600 mm，能滿(mǎn)足煤層高度
變化，為提高支撐效率，采用雙伸縮立柱的形式；支
架采用整體頂梁結(jié)構(gòu)，頂梁前端采用楔形箱體結(jié)構(gòu)，
在保證強(qiáng)度要求的前提下盡量降低高度，有利于增
加過(guò)機(jī)空間；推移千斤頂采用正裝結(jié)構(gòu)，最大行程
950 mm，通過(guò)安裝距離套，最大行程可調(diào)整為700
mm；更換推移桿，可適用于機(jī)采與炮采兩用；底座為
封底式剛性結(jié)構(gòu)，底板比壓小，利于移架；支架設(shè)有
可靠的平衡千斤頂機(jī)械限位和掩護(hù)梁最低高度限位
裝置；支架采用2個(gè)平衡千斤頂，布置在立柱后側(cè)位
置，能較好的適應(yīng)頂板合力作用點(diǎn)位置的變化；支架
采取單前連桿，雙后連桿結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好，可靠性高；
推桿采用Q69O高強(qiáng)度鋼板，主要結(jié)構(gòu)件采用Q55O
高強(qiáng)度鋼板，減小支架部件高度尺寸，確保支架高可
靠性；液壓系統(tǒng)采用鄰架控制，閥體體積小，放置在
頂梁后部，操作安全；采用項(xiàng)梁嵌入式照明，將LED
巷道燈嵌入頂梁；為適應(yīng)炮采要求，在頂梁前部設(shè)計(jì)
活動(dòng)擋煤裝置。目前，該支架已申報(bào)國(guó)家專(zhuān)利，專(zhuān)利
號(hào)：ZL 2009 2 0281686．0。
圖1為適用于機(jī)采的支架示意圖，圖2為適用
于炮采的支架示意圖。
該支架在同煤集團(tuán)姜家灣煤礦使用已有一年，
實(shí)踐證明，該型液壓支架各項(xiàng)主要參數(shù)選擇合理，支
架總體特點(diǎn)鮮明、創(chuàng)意新穎，項(xiàng)目完全實(shí)現(xiàn)預(yù)定目
標(biāo)，具有很好的推廣前景。
(下轉(zhuǎn)第91頁(yè))
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2011年第5期 煤礦機(jī) 電 ·91·
衡千斤頂失效，就使整臺(tái)支架的平衡穩(wěn)定遭到破壞，
不能有效維護(hù)、支撐頂板，無(wú)法進(jìn)行修復(fù)，整組更換
非常困難，給安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響且經(jīng)濟(jì)損失大。
平衡千斤頂損壞更換，同樣要造成停產(chǎn)和較高的經(jīng)
濟(jì)損失。但鉸接銷(xiāo)軸發(fā)生損壞，處理難度就小多了。
因此，提出偶合件強(qiáng)度設(shè)計(jì)優(yōu)化方案：
頂梁及掩護(hù)梁耳座、平衡千斤頂兩端耳柄、掩護(hù)
梁鉸接銷(xiāo)軸等的安全系數(shù)按規(guī)范[n]=3～5選取，
而頂梁鉸接銷(xiāo)軸選取凡=2～2．5，即滿(mǎn)足平衡千斤
頂額定工作阻力與小幅度超載的需求，大幅度超載
時(shí)斷掉，起到“安全銷(xiāo)”的作用。從而提高掩護(hù)式液
壓支架的生產(chǎn)安全可靠性。
6 結(jié)語(yǔ)
掩護(hù)式液壓支架的平衡千斤頂失效與結(jié)構(gòu)、強(qiáng)
度設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)受到嚴(yán)重污染直接相關(guān)，預(yù)防措施
與強(qiáng)度設(shè)計(jì)優(yōu)化相結(jié)合運(yùn)用才能夠切實(shí)有效地使液
壓支架提供必要的足夠的功能，這對(duì)礦井安全高效
生產(chǎn)具有重要意義。
參考文獻(xiàn)：
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優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．煤炭學(xué)報(bào)，1994(2)．
作者簡(jiǎn)介：尚慧嶺(1953一)，男，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)槟Σ翝?rùn)
滑學(xué)及故障診斷，發(fā)表論文20多篇。
(收稿日期：2011—03—07；責(zé)任編輯：陳錫強(qiáng))
(上接第87頁(yè))
1一雙伸縮立柱；2一倒裝雙平衡千斤頂；3一單前連桿；4一雙后連桿
圖1 機(jī)采用液壓支架示意圖
2 3 4
1～整體楔形頂梁；2一LED巷道燈嵌入位置；3一鄰架液壓系統(tǒng)；4一機(jī)械限位；5一可更換長(zhǎng)短推桿
6一封底剛性底座；7一可拆距離套推移千斤頂；8一活動(dòng)擋煤裝置
圖2 炮采用液壓支架示意圖
作者簡(jiǎn)介： 濤(1978一)，男，工程師。2003年畢業(yè)于泰安科技大
學(xué)，現(xiàn)從事煤礦機(jī)械的開(kāi)發(fā)與研制。
(收稿日期：2011—03—28；責(zé)任編輯：陳錫強(qiáng))

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