整体下井运输受限条件两柱掩护式液压支架设计

辛家祥

(天地科技股份有限公司 开采设计事业部 北京 100013)

整体下井运输受限条件两柱掩护式液压支架设计

辛家祥

(天地科技股份有限公司 开采设计事业部 北京 100013)

针对景福煤矿具体情况，研制了ZY6800/24/50D型电液控液压支架，重点介绍了通过优化支架四连杆机构，合理选择顶梁形式及其长度，增大铰接前梁前端支顶力和护帮板挑起力矩，结构件减重设计等措施，缩短了支架最小运输长度，减轻了支架重量，使支架不仅能满足整体下井矿井提升要求，还能适应坚硬顶板条件下煤层的开采。

整体下井运输；两柱掩护式液压支架；四连杆；铰接前梁

阳泉煤业寿阳景福煤矿15107工作面煤层埋深650m，工作面倾斜长度180m(实体煤)，走向长度630m，煤层赋存稳定，结构简单，煤质硬度中等；煤层最大厚度5.21m，最小厚度2.95m，平均厚度3.91m，煤层倾角6.3°，走向倾角3°。

工作面进风巷4600mm×4000mm(净宽×净高)，回风巷4200mm×4000mm(净宽×净高)；罐笼提升最大运输尺寸为5910mm×1700mm×3200mm(长×宽×高)，最大提升重量25t。由于井下无安装硐室，要求液压支架整体下井运输。这样液压支架运输长度控制在5800mm以内，重量不超过24t。

工作面综采设备MG600/1505-WD型电牵引采煤机SGZ1000/1400型刮板输送机、SGZ1000/400型转载机、ZY6800/24/50D型两柱掩护式电液控制液压支架，三机配套如图1所示。

图1 景福煤矿15107工作面三机配套

1 液压支架设计

1.1 架型及主要参数

为了满足支架下井要求，顶梁采用分体顶梁加铰接前梁结构，铰接前梁带600mm行程伸缩梁和一级护帮板。顶梁及掩护梁均为单侧活动侧护板，支架中心距1500mm，宽度1430～1600mm。

支架整体下井运输时，拆掉前梁千斤顶活塞杆销轴，前梁千斤顶及铰接前梁垂下(如图2所示)，并采取措施与支架主体捆绑结实。支架设计重量23.9t，运输尺寸5740mm×1430mm×2400mm(长×宽×高)，满足罐笼尺寸及提升能力要求。

图2 ZY6800/24/50D液压支架最低位置运输尺寸

1.2 技术关键

1.2.1四连杆机构设计

四连杆机构是液压支架设计的关键，不仅影响顶梁运动轨迹、连杆和掩护梁受力状况，还影响支架外形尺寸的大小。因此，四连杆机构设计时，在保证支架总体性能良好的基础上，重点压缩支架后部的结构及外形尺寸，力求使支架结构紧凑。

(1)支架高位状态时，使后连杆尽量直立，并使前、后连杆的长度接近掩护梁的长度，减小结构件长度，使结构紧凑。

(2)使前、后连杆下铰点的水平投影位置尽量接近通过掩护梁上铰点的垂线。

以上两种措施不仅可以减小支架外形尺寸，还可以减少连杆受力，改善连杆受力状况。

1.2.2 合理选择顶梁形式

分体顶梁设计的关键是如何根据煤层及顶板的性质确定其合理长度。为增加顶梁前端支顶力，可适当加大分体顶梁长度，但在配套确定的条件下，会造成铰接前梁、伸缩梁及护帮板长度减小，这时要综合考虑铰接前梁长度、伸缩梁行程、移架步距及护帮长度关系，以满足安全生产的要求。

1.2.3 增大铰接前梁的前端支顶力

铰接前梁的特点是前端支顶力小，通常只有整顶梁支架的1/6～1/8，可采取以下措施增大铰接前梁前端支顶力：

(1)适当增加前梁千斤顶的数量(由2根增加到3根)或加大千斤顶缸径。

(2)合理布置前梁千斤顶铰接点的位置。

(3)在保证护帮长度要求的前提下，尽量缩短前梁的长度。

设计采用2根φ180mm/105mm的前梁千斤顶，通过优化前梁的结构尺寸，铰接前梁的前端支顶力可达到560kN，为同等配套条件下整顶梁支架前端支顶力的1/4。

1.2.4 增大护帮板的挑起力矩

支架在设计时，为增加顶梁前端支顶力，缩短了铰接前梁长度，使得伸缩梁行程只有600mm，而采煤机截深为800mm，支架推移千斤顶设计行程为960mm，由于伸缩梁行程小于推移千斤顶行程，这就造成推溜后，在伸缩梁全部伸出状态下，梁端距理论值(支架4.5m高度时)由465mm增加到825mm，无支护空间较大。设计采用1根φ125mm/70mm的护帮千斤顶，设计护帮板能够完全挑平，不但能护煤壁，还能作临时前梁用，起到临时支顶的作用。

1.2.5 底座及抬底机构设计

支架采用刚性分体底座，底座中档的浮煤、浮矸易于排到采空区侧，不需人工清理，满足矿井高效开采需要，但减少了底座接底面积，增大了底座前端比压。由于底板较松软，为此在底座过桥前端设置抬底装置，抬底千斤顶规格φ125mm/90mm，底座前端最大抬底量可达80mm。

1.2.6 配套尺寸优化

为减小整体配套尺寸，采取如下优化措施：

(1)配套时，尽量选择窄机身的采煤机和刮板输送机，选择合适的铲间距，既减小配套尺寸，又能避免采煤机在输送机弯曲段滚筒割铲板，保证采煤机最佳装煤效果。

(2)在保证支架良好适应性能的前提下，将刮板输送机与十字头连接耳板伸到支架底座内，缩小了配套尺寸。

(3)适当减小刮板输送机与十字头连接斜长孔的水平距离，减小配套尺寸。

1.2.7 支架结构件减重措施

(1)支架主体结构选用Q550高强度钢板，主要销轴材料选用35CrMnSiA，减轻支架重量。

(2)在保证结构件箱体高度足够的情况下，尽量减小板厚。

(3)采用等强度设计，优化支架结构件外形尺寸及结构断面，减轻支架重量。

(4)对支架结构件薄弱环节采取局部加强措施，在保证强度的前提下，减小加强板的高度。

(5)在保证推移机构、立柱、连杆等结构布置的前提下，尽量增加底座中档宽度，减小连杆档宽度，不仅可以减轻支架重量，还可满足电液控制主阀安装的尺寸需要，同时也利于支架排矸。

2 结束语

设计中充分考虑了景福煤矿实际情况，优化三机配套尺寸；优选支架四连杆机构并采用分体顶梁加铰接前梁的顶梁结构；加大前梁千斤顶缸径、缩短铰接前梁长度，增大了铰接前梁前端支顶力；采用能完全挑平的护帮装置和大缸径护帮千斤顶，增大了护帮板挑起力矩，超前护顶；结构设计时采取等强度设计及局部补强等措施，减小了支架外形尺寸和支架重量，满足了整体下井的需要。

[1]王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1999.

[2]邱开坤.轻型支撑掩护式液压支架的研制[J].煤矿开采，1993(4)：21-25.

[责任编辑：徐亚军]

DesignofTwo-propShieldPoweredSupportforWhole-supportTransportLimitedCondition

XIN Jia-xiang

(Coal Mining & Designing Department,Tiandi Science & Technology Co., Ltd., Beijing 100013, China)

For the condition of Jingfu Colliery, ZY6800/24/50D electro-hydraulic controlled powered support was developed.By optimizing four-bar linkage structure, rationally selecting roof beam manner and length, adding supporting force of articulated front beam and moment of face guard, reducing structural parts weight, support minimum transportation length was shortened and support weight was reduced, which met whole-support lift requirement and was fit for mining under hard roof.

whole-support transportation; two-prop shield powered support; four-bar linkage; articulated front beam

2013-10-28

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.04.015

国家高科技研究发展计划(863计划)；两柱式超强力放顶煤液压支架研制(2012AA06A407)

辛家祥(1983-)，男，山东阳谷人，助理研究员，主要研究方向为采煤工作面液压支架设计。

辛家祥.整体下井运输受限条件两柱掩护式液压支架设计[J].煤矿开采，2014，19(4)：50-51.

TD355.41

A

1006-6225(2014)04-0050-02