整体顶梁机采组合液压支架的应用研究-论文

2 0 1 5年第 7期 童 媳晨 舛技 3 5 整体顶梁机采组合液压支架的应用研究 郭斌 李传磊 1 海力财富集团有限公 司石桥煤矿 山东 宁阳 2 7 1 4 0 0 2 山 东省煤 炭技 术服 务有限公 司 山东 济 南2 5 0 0 3 2 摘要为了提高矿井采煤机械化程度 通过调研及选型计算 最终确定选用 Z H 2 6 0 0 2 2 3 2 Z Q 和 Z H 3 2 0 0 2 2 3 2 Z Q 型整体顸梁机采组合液压 支架作为采煤 工作 面的支护装备 提 高 了矿 井安全保障程度 关键词整体顶 粱液压 支架石桥煤矿 中图分类号T D3 5 Y 4 文献标识码B d o i 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 5 2 8 0 1 2 0 1 5 0 7 1 8 Appl i e d r e s e ar c h on t h e h ydr au l i c s u ppor t wi t h t he i n t e g r a t e d r o of fim be r i n s hi qi a o c o a l mi ne Guo Bi n Li Ch ua n l e i 1 Ha i l i F o r t u n e Gr o u p L i mi t e d S h a n d o n g s t o n e c o a l mi n e S h a n d o n g Ni n g y a n g 2 7 1 4 0 0 2 S h a n d o n g P r o v i n c e Co a l T e c h n o l o g y S e r v i c e C o L t d S h a n d o n g J i n a n 2 5 0 0 3 2 Abs t r a c t I n o r d e r t o a d a p t t o t h e i n c r e a s e d me c h a n i z a t i o n o f c o a l mi n e t h r o u g h t h e i n v e s t i g a t i o n a n d s e l e c t i o n c a l c u l a t i o n s e l e c t Z H2 6 0 0 2 2 3 2 Z Q a n d Z H3 2 0 0 2 2 3 2 Z Q h y d r a u l i c s u p p o r t wi t h i n t e g r a t e d r o o f t i mb e r a s mi n e wo r k i n g f a c e s u p p o r t i mp r o v e m i n e s a f e t y g u a r a n t e e d e g r e e Ke y wo r d s i n t e g r a t e d r o o f t i mb e r h y d r a u l i c s u p p o r t s t o n e c o a l m i n e 石桥煤矿现主采 3煤层 以前 3 3 煤层采 煤工作面为炮采工作面 走向长壁后退式采煤方法 全部垮落 法管理顶板 悬移顶梁 液压支架 架 间工 字钢梁配合单体液压支柱支护顶板 为了提高矿井 机械化程度 提高工作效率 通过研究确定对采煤 工作面进行机械化改造 为了与工作面机械配套 决定对工作面支架重新进行选型 1 工作面概况 3 4 1 2工作面开采的煤层为 3 上煤层 煤层赋存 较稳定 大部分可采 煤层厚度 2 4 6 0 9 m 平均厚 度 4 3 8 m 隅含夹矸 夹矸为灰白色泥质粉砂岩 厚度 为 0 0 5 m 3 上煤层直接顶板多为黏土质粉砂岩或细砂岩 泥岩等 厚 O 8 1 1 7 5 0 m 含黏土质成分较高 粉 砂 岩抗 压强度平 均为 3 8 4 MP a 细砂 岩抗压强度 为 4 8 7 MP a 属于坚硬岩石 顶板管理较为容易 泥 岩抗压强度平均为 3 0 7 MP a 属软弱岩石 较难管 理 老顶为一层全区比较稳定发育的灰白色粗砂岩 收稿 日期2 0 1 5 0 3 0 6 作者简 介郭斌 男 山 东宁阳人 助理工程师 现在 海力财 富 集团有限公 司石桥煤矿技术科从事煤炭 开采技 术工作 抗压强度为 5 1 2 5 6 4 MP a 属半坚硬岩石 底板一 般 为中 细砂岩和粉砂岩互层 厚度 2 4 7 1 5 9 1 m 泥质胶结 中砂岩抗 压强度平均 为 5 1 2 MP a 属于 半坚 硬岩石 稳定性较好 有时直接底板变为泥岩 对底板管理不利 2 支架参数确定 2 1 支护设 备 选型 2 1 1 支架支撑高度的确定 0 2 n i n i 一 0 2 0 3 式 中 i 一支架最大 最小高度 m 一 工作面最大 最小采高 m 取 2 4m Mm i 2 0m 则 2 4 0 2 2 6 m 2 0 0 2 1 8 m 确定支架高度为 2 6 m n m i 1 8 m 2 1 2 支架支护强度的计算 按岩石 自重法计算 根据经验公式 P 8 KM y 式 中 3 6 山 青 堪茬 科 技 2 0 15 年 第 7 期 一 动载系数 取 1 2 P 一 支护强度 MP a 一 采高 取 2 0 m 一 顶板岩石容重 取 2 7 t m 8 8 1 2 2 0 2 7 5 1 8 4 t m2 0 51 8 M Pa 即要求所选液压支架支护强度应不低于 0 5 1 8 MP a 的顶 板荷载 2 1 3 支架工作阻力计算 液压支架工作 阻力下 限应 为 F PS c Bc K 式中 F 一支架工作阻力 k N 架 P 一额定支护强度 取 5 1 8 k N m2 一 支架 中心距 取 1 0m 一 支架最大控顶距 取 4 4m 一 支撑效率 该支架取 1 代 人 数据 F 5 1 8 1 4 4 1 k N 2 2 7 9 k N 则 支 架工作阻力应不小于 2 2 7 9 k N 选取支架支护阻力 为 2 6 0 0 k N 2 1 4 底板比压计算 该工作面直接底为中 细砂岩和粉砂岩互层 抗 压强度 为 5 1 2 MP a 当泵 站压力在 2 0 3 1 MP a 时 支架工作阻力为 6 5 0 k N 根 对底板最大比压 为 4 2 6 MP a 可以满足护底要求 同时因工作面支 架配备有直径为 3 0 0 mm柱鞋 可以进一步提高底 板抗压强度 2 2支 架型 号确 定 通 过 以 上 计 算 确 定 工 作 面 中 间 架 选 用 Z H 2 6 0 0 2 2 3 2 Z Q 型整体顶梁机采组合液压支架 端头支架型号 为 Z H3 2 0 0 2 2 3 2 Z Q 型整体顶梁 机采组合液压支架 具体参数见表 1 3 支 架工 作原 理 整体顶梁机采组合液压支架主要工作原理是顶 梁与托梁机构互为支撑 移架时 双向液压支柱首 先卸载并提起 顶梁落在托梁上 此时 向推进缸 活塞腔注液 活塞杆伸出推动顶梁前移 落下支柱 支撑顶板 完成移架 整个工作面移梁完成后 所 有支柱处于支撑状态 托梁无载荷地吊挂在顶梁上 这时 向移托梁的液压系统供液推进缸活塞杆腔进 液 工作面推进缸的活塞杆收回 托梁前移 完成 一 个动作循环 当顶梁与顶板紧贴后便产生初撑力 支撑顶板 由于顶板逐渐下沉 支架所承受的压力 表 1 支架主要性能参数 参数 名称 单位 ZH 2 6 0 0 2 2 Z H3 2 0 O 2 2 备注 3 2 Z Q 3 2 Z Q 支架高度 mm 1 8 O 0 2 6 0 0 支架数量 架 1 1 2 8 不含伸缩梁外露长 支架长度 mm 3 4 0 0 4 6 0 0 2 0 0mm 支架 宽度 mm 9 6 0 支柱 高度 mm 1 6 0 0 2 4 0 0 支架 中心 距 n l m 1 0 2 0 架 间隙 6 0mm 支柱 直径 mm 1 4 0 1 4 0 端头架 留两个滑动柱 支柱数量 根 4 4 2 位 用于加单体柱 柱 鞋数量及 个 4 3 0 0 4 3 0 0 直径 移 架步距 H l m 6 3 0 伸缩梁行程 mm 8 0 0 工作阻力 k N 2 6 0 0 2 6 0 0 初撑力 k N l 9 3 8 l 9 3 8 泵站压力 3 1 5 MP a时 端头架增加两 根单 支护强度 MP a 0 6 5 3 加 5 6 3 0 6 5 5 0 5 8 体柱 工作 阻力为 32 0 0k N 每柱配直径 3 0 0mm 对底 比压 MP a 9 1 9 5 的柱鞋 泵站额定 压力 MP a 3 1 5 工作液 M1 0乳化液 浓度 5 由初撑力便逐渐升高至工作阻力 当工作阻力超过 立柱控制阀中的安全阀的设定值后便 自行开启释放 压力 直至支柱活塞腔恢复到工作阻力时为止 4 整体组合顶梁液压支架应用的优缺点 4 1优 点 1 整体组合顶梁为整体箱式结构 遇顶板 破碎 松散 时可以全部护顶 同时顶部不用背背 木 2 工作面所有支架通过托梁系统连为整体 整体性强 不歪扭 不倾倒 不下落 可以适应倾 角小 于 3 5 以下 的煤 层开采 3 全液压控制 移 架速度快 效率高 采用进回液双管路 减少乳化 液浪费 改善了采煤工作面的作业环境 4 配 有伸缩式前探梁 采煤机割煤后 及时伸前探梁护 顶 无需追机移架 5 支架后部配置挡矸机构 有效防止采空区矸石窜人工作面 保证安全生产 6 减轻了工人搬运支柱及攉煤的劳动强度 提 高了生产效率 4 2 存 在 问题 及 改进 方 法 1 工作 面底 板 为 煤 时 支 柱 易钻 底 造 成 移架困难 且工作面采高不能保证 此时必须对所 下转第 3 8页 38 童 艇蕉 尉枝 2 0 15 年 第 7 期 影响了回撤的速度 而且会严重影响工作进度 进 而导致效率和产量 的低下 3 具有较大的劳动 强度 因为需要频繁的回撤和支设顶梁和单体支柱 都需要人力完成 必然导致工作面存在较多的回采 人员 不仅具有较强的劳动强度 而且安全性极差 此外 还容易导致顶梁 柱鞋和支柱因此被损害 进而在增加成本的同时埋下巨大的安全隐患 3 综采工作面端头和超前支护配套技术应用 针对传统综采工作面端头和超前支护技术的弊 端 目前主要采用过渡液压支架 端头液压支架和 巷道超前支护液压支架的成套综采支护设备 3 1 过 渡液压 支架 的应 用 在同煤集团所属煤矿 超前支护施工中很多采 用型号一般为 Z F G 4 0 0 0 2 1 5 3 4 过渡液压支架 这一 支架比较适应于中厚煤层地质条件 是实际应用过程 中 在结合同类支架优点的前提下改进和优化的新 型支架 利用伸缩柱和底座分别承水平力和侧向力 这一支架的支撑功能较大 防护性能较强 特别是 支架 在纵横稳 定性 上较强 在实 际应用 中 要 加强 与前后刮板输送机和端头支架之间的配合使用 适 用于水平工作面和小于 1 5 倾斜面中厚煤层的支护 3 2端 头液压 支 架的应 用 在同煤集团所属煤矿 在实际超前支护工作中 端头液压支架一般采用型号为 Z F T1 6 0 0 0 1 9 3 8 这 一 支架是基于国内的端头支架使用过程中的优缺点 进行了针对性的改进 能够有效解决工作面上下安 全出口支护和维修困难等问题 并能在整个生产过 程中确保支护的安全 该支架由 2 个端头支架组成 一 对 布置时采取对称的方式 将其与工作面和过 渡支架进行配合使用 其形式并非四连杆 所以在 高度变化上较小 其与装载机之间属于中置式的关 系 所 以往往在两个支架的中间安放装载机 并在 支架的底座两边各设置千斤顶一个 再将其与装载 机 的推移 座相互连 接 从 而在 推动装载机 的同时移 动端头支架 实现端头支架 过渡支架 工作面支 架三者 的同步前进 3 3 巷道超前支护液压 支架的应 用 在实际超前支护施工中 采用的巷道超前支护液 压支架的型号一般为 Z Q L 2 4 0 0 0 1 8 3 5 这一支架能 用于锚杆 网 索支护的矩形采煤巷道之中 同时也 能用于在超前支护段因采动导致巷道变为拱形的矩形 采煤巷道之中 其左右各有一个支架 两架之间的顶 梁用防倒千斤顶将其连接 每一架有前后两节 并利 用千斤顶和连接头分别把前节与后节的顶梁与中间梁 进行连接 前节的底座的后部与后节底座的前部连接 且互相之间支持 并采取左右交替的方式达到架子的 行走 移动超前支护支架时 应严格按照从前到后 的 移动 超前液压支架移动的步距为 1 6 m 每个移动 周期包含两个正规的循环作业 4 实际应用效果 1 有效降低工人强度 有助于安全系数的 提 升 采取成 套的综采 端头和超 前支护 支架 采 煤 人员只要对液压手把进行操作 便能完成超前端头 支架 超前液压支架的移动 2 在支护强度方面 比单体柱棚大 即使在 通过顶板压力较大的区域时 也可提供较高的支护 强度 能够较好地实现支护设计 目标 3 提高了工人的工作效率 增加了经济效益 传统端头 超前支护时需要 由5 8 人进行操作 采 用新型工艺后 最多 2 人 即可完成 4 提高了资源的回收效率 通过端头架剪网 回收了运输巷的顶煤 减少了回采过程中资源浪费 参考文献 1 姚炳卿 煤矿综采3 作面超前支护新方法研究 J 技 术与 市场 2 0 1 4 1 O 1 1 1 4 2 顾威龙 程本柱 李维鹏 等 城郊