液压支架合理选型及支架解体创新

2011-10-13干云洪孔玉全

采矿技术 2011年1期

关键词：顶梁解体选型

干云洪,孔玉全

(淮南矿业集团淮沪煤电公司丁集煤矿, 安徽凤台县 232142)

液压支架合理选型及支架解体创新

干云洪,孔玉全

(淮南矿业集团淮沪煤电公司丁集煤矿, 安徽凤台县 232142)

介绍了液压支架的合理选型过程,同时针对丁集煤矿支护设备液压支架需要解体入井的实际情况,创新设计了液压支架自动拔销器,并运用于丁集煤矿 1141(3)工作面ZZ8800支架解体工作中,成效显著。

液压支架;设备选型;支架解体;自动拔销器

淮南矿业集团丁集煤矿位于淮南市潘谢矿区中部,矿井设计生产能力 500万 t/a,为现代综合机械化采煤矿井。液压支架是实现工作面顶、底板安全支护和管理的重要设备,因此,其选型合理与否,直接关系矿井的安全生产与经济效益,具有重要意义。同时,由于丁集煤矿受副井罐笼高度、宽度的制约,液压支架不能整体入井,需要将其解体为底座和顶梁两部分才能下井。本文主要阐述在液压支架的解体过程中进行的技术创新。

1 支架选型影响因素

(1)煤层厚度。丁集煤矿开采煤层的厚度为3～5 m,按照规程要求,如果煤层厚度达到 2.8 m以上时,需要选择带有护帮板的掩护支撑式支架。

(2)煤层倾角。如果倾角为 10°～15°以上时,需要选择带有防滑装置的支架;如果倾角在 18°以上时,选用同时带防滑和防倒装置的支架。

(3)底板强度。通过比压验算,按照支架底座对底板的比压不超过底板允许比压执行。同时充分考虑移架工作,要求支架底座前部比后部比压小。

(4)瓦斯含量。丁集煤矿属于双突矿井,瓦斯相对涌出量与绝对涌出量比较大,因此选用通风断面比较大的支撑掩护式支架。

(5)经济成本。综合安全与经济双重因素,充分考虑支架的性价比。

2 架型选择

首先,确定老顶级别和直接顶级别 (见表1、表2)。根据老顶级别和直接顶类别来确定支架架型,同时根据老顶级别与采高确定支护强度 (见表3)。

(1)确定支架高度。根据煤层厚度与地质情况变化确定支架高度,其最大高度为 Hm,最小高度为Hn,则有:

式中,hm为煤层最大厚度;hn为煤层最小厚度;S1为考虑煤皮冒落后仍有可靠处撑力的支撑高度;S2为顶板下沉量;α为移架时支架最小可缩量;δ为浮矸厚度。

表1 老顶级别

表2 直接顶级别

(2)确定支架伸缩比。由于液压支架的寿命比较长,并可能安装在不同采高的工作面,因此伸缩比选择应偏大,丁集煤矿支撑掩护式液压支架伸缩比为2.5。

(3)确定支架间距。支架间距就是相邻两支架中心线间的距离,见式 (2)。

式中,Bc为支架间距;Bm为支架顶梁总宽度;C为相邻支架顶梁间隙;n为每架所包含的组架数,整体自移动式 n取值 1,整体迈步式 n取值 2。

(4)确定底座长度。通过比压验算,按照支架底座对底板的比压不超过底板的允许比压执行,丁集煤矿支撑掩护式支架的底座长度取 4倍移架步距。

(5)确定顶梁长度L。顶梁长度L={配套尺寸+底座长度 +A×cos(Q)}-{G×cos(P)+300+e)+掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点距离}。配套尺寸 A、G由配套图册确定;e为支架由高到低顶梁前端点最大变化距离;Q、P为支架在最高位置时,分别与后连杆和掩护梁的水平夹角。

(6)确定液压支架工作阻力。该工作阻力实质上是液压支架在工作中能承受顶板的载荷,是衡量液压支架最重要的参数,由式 (3)确定。

表3 支架架型与支护强度

式中,Z为支护强度;E为顶梁前端到煤壁距离。

(7)确定支架通风断面。由于丁集煤矿为双突矿井,按照煤矿安全规程规定,工作面的风速不应小于 5 m/s,通风的验算公式为:

式中,V为工作面风速,m/s;Q为采煤工作面所需风量,m3/s;S为支架的通风断面面积,m2。

3 液压支架解体工作创新

丁集煤矿受副井罐笼高度、宽度的制约,需将液压支架解体为底座和顶梁两部分才能顺利运输下井。常规解体过程中取销作业采用人工拉锤方式,劳动强度大、工作效率低、存在安全隐患,经过反复设计实验,成功地设计加工了液压支架自动拔销器,见图1。其采用 11#工字钢做为主体支撑架,将 30 mm厚钢板做焊接加工,把 2件护帮板千斤顶连接到两侧。用Φ40 mm销连接液压缸,用Φ10 mm高压管连接一操纵阀,乳化泵提供压力。同时通过 2组液压操纵阀实现人机交互控制,该自动拔销器的使用操作步骤如下:

(1)用起吊设备把液压支架自动拔销器吊放在液压支架顶梁上,并用保护绳挂住勾头;

(2)用起吊设备把支架顶梁吊平;

图1 液压支架自动拔销器

(3)用高压管将自动拔销器的液压缸、操纵阀、乳化泵按照操作要求连接到位;

(4)螺栓接头拧入顶梁销,打开乳化泵提供动力,顶出自动拔销器液压缸,插入连接销将支架中心销轴和液压缸体固定到位;

(5)收回液压缸,液压支架中心销轴被拉出,取下销轴。

以丁集煤矿 1141(3)工作面 ZZ8800支架解体工作为例,共需要解体117常规解体方法,1个班最多能解体 2台液压支架,117台支架的解体周期是 20 d;而采用液压支架自动拔销器施工后,一个班至少可以解体 5台液压支架,8 d不到就圆满地完成了任务。如果按照每个班节约 2个人工、丁集煤矿井下辅助工人 1个工班200元人民币计算,仅人工成本 1项,液压支架自动拔销器就为丁集煤矿节省约 172800元,如果再加上安全效益与提前保障采煤工作面出煤的效益,则液压支架自动拔销器的作用更不可小视。