适应晋煤集团的6.2m大采高液压支架开发

赵喜增

（1.太原理工大学电气工程学院，山西 太原 030024；2.山西晋煤集团金鼎煤机矿业有限责任公司，山西 晋城 048006）

1 技术背景及现状

随着采掘机械化程度的不断提高，采掘机械结构发生了巨大的变化。厚煤层一次采全高是一种经济合理的开采方法，一次采全高减少了巷道掘进和支护工作量，降低了开采成本，提高了资源回收率；同时大采高提高了单刀割煤量，为提高工作面生产能力创造了条件。

晋煤集团3＃煤层厚度6m左右，赋存稳定，有利于大采高工作面布置。尤其对高瓦斯矿井，采用大采高工作面可提高回采率，减少瓦斯的涌出，提高矿井的安全生产程度。但产量和效率并不总是与采高成正比，在很大程度上取决于工作面地质条件和液压支架适应性。采高加大后，工作面矿压显现将明显加大，片帮和冒顶倾向加剧，顶板管理难度增加，且晋煤集团赵庄矿和长平矿井下地质条件较差，而晋煤集团的大采高支架大部分依靠进口，进口支架的价格非常昂贵，因此研发适合晋煤集团煤炭生产的高端大采高液压支架非常必要。

2 技术难点

结合近年来支架使用经验和实践，在支架研发中应着重解决以下几个问题。

2.1 改善工作面顶板控制

在支架设计上应优先考虑以下技术措施：

（1）提高支架阻力，包括初阻力和额定工作阻力。由于移架期间对顶板支护阻力显著下降，为避免顶板失稳，应适当提高支架初撑力和额定工作阻力，以便使移架期间对顶板总支护阻力不低于使用直接顶保持平衡所需工作阻力。

（2）增加对顶板的隔离或遮盖作用。由于支架反复支撑作用，除较坚硬顶板外一般总会在支架上方出现破碎矸石，通过提高支架顶梁对顶板的遮盖率，可避免破碎矸石落入工作空间内。

（3）设计可控制和减少机道顶板冒落机构，如设置伸缩梁机构，割煤后此机构可从顶梁伸出，及时支护机道上方顶板；设置完善的护帮装置；支架顶梁前端应有较大支撑力。同时，可通过改变顶梁前、后段比值来改变顶梁载荷分布。此外，还需要确定合理立柱柱窝前、后端比值。

2.2 提高支架的稳定性

大采高支架随着采高增大稳定性要求增高，为保证大采高支架横向稳定性，应严格控制四连杆机构销轴与孔配合间隙。在有倾角工作面，应控制支架在移架过程中底座的下滑。为保证支架纵向稳定性，应防止平衡千斤顶拉长，使顶梁处于高射炮状态，最终导致平衡千斤顶失效。在设计四连杆机构时，顶梁运动轨迹自上而下应为向工作面倾斜的曲线。

2.3 提高支架底座的适应性

在软底条件下，应减少底座前端比压，让支架能撑得住、走得动。

3 现有大采高支架存在的问题

（1）伸缩梁机构受力太小，不能很好地控制片帮冒顶。

（2）工作阻力、初撑力偏低。

（3）顶梁封闭性差，存在漏矸问题。（4）在特殊条件下的适应性差，如在软底、软煤区。（5）安全可靠性不足，存在安全阀不能及时泄压、没有限位保护机构、安全阀泄压喷人等问题。

4 支架设计开发中的创新及质量保证

4.1 技术参数

根据以上理论，针对现有支架存在的问题，结合晋煤集团实际情况开发了新型6.2m液压支架，型号为ZY12000/28/62D（两柱掩护式＋伸缩顶梁＋铰接式二级护帮＋电液控制），可配套设备如下：

运输机：JOY公司AFC运输机；

采煤机： 艾柯夫SL500；

皮带运输机：SSJ1400/2＊400。

该支架主要技术参数如下：

额定工作阻力（kN）：12 000；

额定初撑力（kN）：7 917；

支架高度（mm）：2 800～6 200；

支架中心距（mm）：1 750；

支架支护宽度（mm）：1 660～1 860；

平均支护强度（MPa）：1.36～1.4；

平均底座比压（MPa）：2.8～2.86；

操纵方式： 电液控制；

尺寸（长×宽×高）（mm）：7 790×1 660×2 800；

重量（t）：39.8；

额定供液压力（MPa）：31.5；

伸缩梁行程（mm）：800。

4.2 主要特点

该液压支架属于高端支架，主要由底座、顶梁、掩护梁、前后连杆、伸缩前梁、二级挑梁、推移杆及掩护梁、顶梁侧护板和电液控制系统等组成。该支架具有以下特点：

（1）根据矿压观察结果，工作阻力提高到12 000 kN，是集团公司使用工作阻力最大的支架。支护强度增加到1.36MPa，初撑力增加到7 917kN，有利于顶板维护，减少片帮冒顶。增加伸缩梁加二级护板，伸缩梁可及时伸出，支护顶板，减少片帮冒顶。伸缩梁前端受力可达280×104N，对改善顶板维护有重要意义。平衡千斤缸径增加到Φ230mm，增加了平衡千斤推力和拉力，增大了平衡千斤调控支架合力作用点的作用，有利于顶板前端的维护。二级护帮由旋转式改为折叠式，二级护板千斤顶由1个增加为2个，增大了护帮力。

（2）增加多处限位机构。顶梁、掩护梁处限位机构可控制顶、掩的极限位置角度，防止平衡千斤损坏。连杆限位机构可防止支架最低位置时平衡千斤压坏控制器。一、二级护帮千斤顶限位机构可防止护帮板与千斤顶干涉。立柱间增加护网，可防止碎落煤块伤人。通过将顶梁铰点后部分延长遮盖铰接缝隙、封闭顶梁和掩护梁侧护板铰接孔、延长侧护板的三项措施，解决了支架漏煤问题。增加平衡千斤顶安全阀导流管，防止泄液喷到工作人员和控制器上。将立柱安全阀泄液口朝下防止喷液伤人。每个立柱设有2个500L/min安全阀，增加了对支架安全保护性。

（3）推移千斤缸径增加到Φ200mm，增加了推溜力和拉架力，有利于解决软底条件下大采高支架移架困难问题，同时支架底座前端保证圆滑防止戗底。抬底千斤缸径增加到Φ160mm，增加了抬架力，有利于解决软底条件下大采高支架陷底移架困难问题。支架底座单侧设有调底座装置，可根据现场需要安装。顶梁留有调斜装置安装位置。电液控制器在底座前部并加高以方便操作者观察操作。控制器有运输、操作双位置，运输时不需拆解控制器；控制器为中英文显示，操作界面友好。前、后脚踏板增加防滑设计，防滑板与基体直接铸为一体，增加其可靠性和使用寿命。

4.3 质量保证

为保证大采高支架的稳定性，四连杆与底座、掩护梁铰接点配合间隙不大于0.75mm，各构件总横向间隙不大于8mm。采用零件预镗孔、组焊并时效处理后整体加工孔的工艺方案，保证达到设计要求。

为保证支架可靠性、耐久性，支架大量采用高强度钢板，材料在使用前进行化验分析，并进行预处理。在加工时严格按该材料的相关加工工艺进行，对焊件进行全检、探伤、去应力，保证焊接质量。支架架间胶管及接头附件、辅助阀类、电液控制装置采用德国EEP公司产品。立柱、千斤顶的密封全部采用EPM公司的进口产品。各主要构件危险截面安全系数分别为：顶梁柱窝处1.65、顶梁端板处1.45、伸缩梁1.18、掩护梁3.6、前后连杆1.5、底座1.7。结构件加载循环次数达到5×104次。

5 小结

目前我们开发的6.2m大采高液压支架已经通过了煤科总院检测中心的5万次标准的型式试验，性能优良。每架支架较进口支架可节约资金30%以上。6.2m大采高液压支架的开发，提高了晋煤集团液压支架的设计制造水平，打破了外界技术垄断，缩短了与国外先进水平的差距。这对于晋煤集团甚至是全国煤炭行业都有重大的意义。

［1］周雁冰，王高利.工作面液压支架的合理选型［J］.能源技术与管理，2008（1）：60-62.

［2］王国法.大采高技术与大采高液压支架的开发研究［J］.煤矿开采，2009（1）：7-10.

［3］赵晓强.大采高掩护式液压支架的结构设计与分析［J］.煤矿机械，2012（7）：40-41.