俄霍布拉克煤矿ZF（G）12000/25/38型放顶煤液压支架的技术改造研究

2015-12-23陈国强

科技视界 2015年30期

陈国强

（徐矿集团天山矿业有限责任公司，新疆库车 842000）

0 概述

俄霍布拉克煤矿是徐矿集团早期援疆企业，坐落在新疆库车县北山矿区，目前产能达600 万t/a，矿井布置2 个回采工作面，一个一次采全高，一个综采放顶煤，目前正在回采5305 工作面为综采放顶煤工作面，其走向长度2100m，倾向长度195m，煤层厚度9.5m，采放比1：2，煤层赋存条件较好，工作面日推进10m，产量15000t/d，属高产高效工作面。该面配套主要设备为SL300 采煤机，SGZ800/1400 前部刮板运输机，SGZ1000/2000 后部刮板运输机，ZF12000/25/38 型放顶煤中间支架，ZFG12000/25/38 型放顶煤过渡支架等，经过生产实践，工作面煤机、溜子配套较好，支架暴露一些设计缺陷，一定程度制约安全生产，为此矿方与支架厂进行沟通分析，有针对性的进行技术改造，取得成功，促进矿井安全生产。

1 支架存在的主要问题

5305 工作面的支架为郑煤机集团设计，徐州华东机械厂加工的，共使用ZF12000/25/38 型放顶煤中间支架112 架，ZFG12000/25/38 型放顶煤过渡支架7 架，使用过程中暴露的设计缺陷主要有：

1）小尾梁侧方漏煤矸。中间支架的小尾梁插板放煤机构未设计侧护装置，大块的煤矸侧漏，进入后部刮板运输机，影响煤质，量大时将刮板运输机压死。

2）推移框架易损坏。中间支架的推移框架与推移千斤顶连接头容易断裂，推移框架与运输机中部槽连接头处容易开焊撕裂翻口或者连接销轴弯曲断裂。

3）无抬底装置，拉架推溜困难。过渡支架由于未设计抬底装置，造成拉架时支架前底座啃底板，推移框架上翘推不动运输机机头，且随着输送机前移时造成支架跟着上爬，容易发生侧翻事故。

上述问题的存在一定程度制约了工作面安全生产，必须对之改造，加以完善。

2 技术改造方案

2.1 ZF12000/25/38 型支架小尾梁侧方漏煤矸问题改造

1）ZF12000/25/38 型支架为4 柱低位放顶煤支架，主要技术参数为：支护高度2500-3800mm，宽度1660-1860mm，中心距1760mm，工作阻力12000KN，支护强度1.14，采用前后双形正4 连杆结构，顶梁与掩护梁分别设置侧护装置，顶梁与掩护梁铰接处采取有效的防漏矸措施，放煤机构采用小尾梁+插板结构。在实际使用过程中，由于支架顶梁和掩护梁的侧护板在伸出时，放煤小尾梁相互之间存在间隙最大达到250mm 以上，放煤工操作时控制不好极易造成大块煤矸漏下，压死后部溜子。未经改造的小尾梁+插板机构，见图1。

2）解决办法——小尾梁改造加侧护装置。在小尾梁下部对称焊接侧护千斤顶座，弹簧导向筒，小尾梁顶的开出下沉式侧护板导向滑道；侧护装置由两侧的侧护千斤顶1、侧护板2、伸出弹簧3 等组成，见图2。

侧护板嵌在在小尾梁顶的滑道上移动，不易被冒落的矸石压住，在放煤时侧护板与小尾梁插板联动，插板收回时侧护板收回实现放煤，当放煤结束时插板伸出，侧护板伸出，支架小尾梁间被封闭，防止侧方窜矸漏煤，保证煤质，防止压死溜子。

2.2 ZF12000/25/38 型支架推移框架易损坏的改进

ZF12000/25/38 型支架采用的是长推移框架装置，属于间接推移，这种推移装置的推移千斤顶缸体与支架底座前端连接，千斤顶活塞杆与推移框架后端连接，推移框架前端再与运输机中部槽通过连接头连接。推移框架前端与运输机中部槽连接的销轴耳板容易开焊撕裂、翻口的主要原因是结构设计不合理。用两个“U”形抱箍围绕框架对焊加固，中间钻销孔后造成强度不够，此处受力复杂，既有纵向力，又向上（向下）的压力，极易被顶开焊造成撕裂翻口或者是将销轴拉弯拉断。

改造办法：

1）加大抱箍钢板的厚度与宽度，厚度由16mm 增加到30mm，宽度增加到40mm，将其弯成“口”字形，开口大小与框架前端部一致，刚好平齐套在框架前端部密贴，然后焊接牢固，再开销孔，销孔两侧耳板焊接加强板一块，强度大大提高；

2）改进连接方式。为避免工作中损坏推移框架前端耳板和销轴，推移机构各铰接部位应有足够的铰接活动量。同时各铰接部位的销轴要避免用同一种方式。均为垂直销连接时，支架上下爬坡能力差，易出现蹩卡现象，迫使销轴弯曲和耳板断裂；均为水平销连接时，推溜时铰点上撬，出现弓腰和浮溜现象，影响移架速度。因此要采用水平、垂直销相结合的方式，以提高推移装置对工作面的适应性。

3）框架后端容易断裂主要是连接头为铸造件脆性大强度低焊接性不好，将铸造件改为锻造件增大其强度，框架与连接头采用插接后再加固焊接增加受力面的整体性，提高抗推拉强度。

2.3 ZFG12000/25/38 型放顶煤过渡支架改进

放顶煤工作面上下端过渡段的支护是制约工作面生产及回收的重要因素，过渡段在工作面上下端机头机尾处，前后输送机的驱动部在此处占据了工作面内的有效空间，工作面的基本支架在此处无法使用，过渡支架既要掩护好此处设备又要求护顶煤，结构上很难实现，目前一般采用反4 连杆结构解决上述问题，并采用支架滞后200mm 布置方式。

2.3.1 ZFG12000/25/38 型过渡支架主要技术参数

支护高度2500-3800mm，宽度1660-1860mm，中心距1760mm，工作阻力12000KN，支护强度1.0，平均底座比压3.5，推移行程900mm。

2.3.2 支架结构优点

支架采用前单后双形反4 连杆结构，4 连杆位于前后立柱之间，提高了支架的抗偏载能力和整体稳定性，同时后排立柱支撑在顶梁与4 连杆机构铰接点的后方，适应外载作用点的变化，切顶能力强，前后立柱受力均衡。

2.3.3 支架结构缺点

由于反4 连杆的存在，支架中间空间有限，设计时取消了支架抬底装置，只在底座过桥处布置了操作阀组，这样带来的主要问题是：

1）由于缺少支架抬底机构，支架前移时极易发生前底座啃底板拉不动；

2）推移机头尾时推移框架向上翘起推不动机头尾，并与机头尾一起上飘，特别是机头尾煤壁侧有浮煤时会加剧这种状况，随着往前推进，支架也向前爬升，造成失稳歪架倒架。

2.3.4 解决方案

1）过渡支架支架增加抬底装置

如图3 所示，由于过渡支架前过桥后部受4 连杆影响没有抬底安装空间，过渡支架抬底装置只能布置在过桥前部位置，在底座过桥板前加焊厚壁套筒（图3 中件1），与缸径Φ140 抬底千斤顶（图3 中件2）通过直径Φ50 销轴、开口销（图3 中件3、件4）连接；这样推移框架在伸缩过程中可受抬底千斤顶的控制，直接挪移时可将前端抬起不再啃底板。

图3 增加抬底装置示意图

2）改造带来其他问题的解决

（1）增加抬底装置后元操作阀组的胶管安装间隙不够，阀组下部与抬底装置干涉。解决办法：操作阀组位置不变，重新加工操作阀组的阀板，提高250mm，躲开下部与抬底装置的干涉部位，且让出胶管的布置位置。阀板下端改成可旋转的铰接方式，可绕铰接点旋转。

（2）抬底装置装在过桥板的前方，占用人行通道一定距离，底座前的行人通道由原来524mm 减少到384mm，减少了约140mm，见图4（支架局部放大）。

图4 底座前的行人通道示意图

解决办法：由于支架采用滞后布置，支架推移框架前增加一个约150mm 长的短节，相当于将推移框架加长150mm，让出原有的行人空间。

（3）增加的抬底千斤顶无法安装耐磨套，长期在推移框架上摩擦有可能造成千斤顶缸底的磨损。解决办法缸底增焊接一个厚度20mm直径Φ120mm 的耐磨环，耐磨环磨损后在进行补焊，保证缸底不被磨损。

（4）改造后过渡支架最低不能降到2.5m 的状态，只能降到2.6m的位置，故在降到2.6m 时在4 连杆上加焊一个限位块，以免支架下降时将抬底装置和操作阀组压坏。

3 改造的实施及效果

3.1 改造工作的具体实施

过渡支架的改造主要采用现场改造的方式，预先在地面备用支架上进行测绘，然后进行部件的焊接、改制，逐步找出施工方法，为井下施工积累经验；井下实质改造利用停产检修有较长时间时进行，逐架改造。中间支架由于处在工作面中间，就地改造施工困难，而且数量较多，不便就地改造，需要在工作面倒下面搬家时集中上井更换或在井下支架检修硐室内进行；但为考察改造效果和积累数据，在5305 工作面的井下在靠近过渡支架处有选择的连续改造几架，通过现场放煤试验来确定改造效果。