大倾角液压支架调架梁及侧护板使用能力探讨

四川华蓥山广能集团李子垭矿业技术服务公司 贺旭东 安海洋

0 前言

大倾角液压支架一般指最大高度≤3.2m，使用倾角35°-55°；或最大高度3.2m以上，4.5m以下，使用倾角20°-40°的液压支架。在大倾角工作面，液压支架在非支撑状态或自由状态时其本身会失去稳定性，为防止工作面支架倾倒、下滑，大倾角液压支架必须配备防倒、防滑机构。大倾角液压支架常见的防倒、防滑、调架机构包括：调架梁、顶梁侧护板、掩护梁侧护板及特设的调架、防倒机构（一般只用于排头、排尾处）。

在大倾角煤层实际开采过程中，常常会遇到支架下滑或者“摆尾”等状况，此时采煤工人就会通过调架梁和侧推千斤顶来进行调架，但实际效果却不太理想，甚至根本就达不到效果。本文将以最大高度≤3.2m，使用倾角35°-55°工况下的一个案例来对大倾角液压支架的调架梁、顶梁侧护板、掩护梁侧护板进行具体分析，研究其在防倒、防滑、调架方面的能力，并对其使用方式提供建议。

1 大倾角液压支架调架梁及侧护板的作用及布置

调架梁与支架的底座通过与导轴、千斤顶进行连接、位移。其主要作用有：在支架前移时起导向作用，起防滑、调架作用。

支架侧护板分顶梁侧护板和掩护梁侧护板，其通过对应的导轴和千斤顶与顶梁、掩护梁连接并实现位移，其主要作用有：起挡矸密封作用，在支架前移时起导向作用，起防倒、调架作用。

大倾角液压支架的调架梁、顶梁侧护板、掩护梁侧护板是支架最基本的防倒、防滑、调架机构，其具体位置见图1。

图1 调架梁、侧护板位置布置图

2 调架梁及侧护板的能力分析及建议

2.1 参数设置

现有大倾角液压支架及工作面部分参数见下表：

?

说明：调架梁与侧护板千斤顶共6件，顶梁、掩护梁、底座上各两件，28MPa压力时其单根油缸的推力约f=3.14×（632/4）×10-3×28KN=87.2KN。

2.2 力学计算

调架梁与侧护板在工作面进行调架时的受力情况见图2（不考虑邻架间煤矸阻力等因素），具体受力分析如下：

图2 调架梁与侧护板在工作面进行调架时的受力分解图

（1）调架力计算

设下架支架使得上邻架沿工作面倾斜方向上移的力（调架力）为F，则其需要克服上邻架重力的分力F1及滑动摩擦力F2，即F=F1+F2。

其中：

F1=m×g×cos45°=21000kg ×9.8N/kg×cos45°

≈145522N≈145.5KN

F2=K×m×g×sin45°=0.6×21000kg ×9.8N/kg×sin45°

≈87313N≈87.3KN

则：F=F1+F2=145.5KN+87.3KN=232.8KN

即，实现调架功能需要的调架力为232.8KN

（2）调架梁和侧推千斤顶实际调架力计算

设调架梁千斤顶及侧护板千斤顶对B点的力矩为M1，合力F对B点的反力矩为M2，则：

M1=2f×（L1+L2+L3）=2×87.2KN×（0.19+2.06+2.825）mm

=885.08KN*m

M2=F×h=232.8KN×0.75m=174.6 KN*m

其中h为合力F距底板距离，为0.75m。

因M1＞M2

故支架的A点与A1点会先接触，设此时调架梁千斤顶与侧护板千斤顶分配到A点的力为Fa，分配至B点的力为Fb（实际调架力），则：

Fa=2f（L1+L2+L3）/H=2×87.2KN×（0.19+2.06+2.825）m/3m≈295KN

Fb=6f-Fa=6×87.2KN-295KN=228.2KN

2.3 能力分析及建议

①从上面的计算可以得出：Fb＜F，调架梁千斤顶及侧护千斤顶对上架支架的实际调架力小于支架上移需要的力，故调架能力不足。

②F1-F2=145.5KN-87.3KN=58.2KN，远远小于Fb，说明支架的下滑力远远小于调架梁千斤顶和侧护千斤顶对其的支撑力，证明其防滑能力足够；

③顶、掩4根侧护板千斤顶的合力可达87.2KN×4=348.8KN，说明其保证支架的稳定性不存在问题，故其防倒能力足够。

综上，在未设置其余辅助调架机构的状况下，单靠调架梁与侧护板来实现调架功能是极不可靠的，但支架防倒、防滑的功能是完全足够的。在工作面实际拉架时，支架B点会略有陷底而导致摩擦阻力增大，且相邻两支架间极易产生间隙而进入矸石导致调架阻力增大，加之工作面顶底板条件可能较差，支架上调时的阻力可能会更大。同时，支架前端联接有刮板输送机，支架后端存在矸石堆积，这些都会使得实际调架阻力大于理论值。在该状况下，即使将千斤顶更换为缸径为φ80mm（此时Fb增大至368KN），仍不能保证调架能力足够。但若此时增加单独调架结构，采用上架拉本架的方式，若该油缸缸/杆径为φ125/70，在28MPa时，其拉力可达236KN，将其配合调架梁、侧护板同时使用，其比单纯增大调架梁、侧护板油缸缸径更可靠。

3.结论

大倾角工作面支架一旦出现下滑而又未能及时上调的情况，后续再想通过调架梁及侧护千斤顶实现支架调架是极其困难的，甚至对整个工作面正常生产都可能产生致命的威胁。故为保证大倾角工作面正常推进，支架调架梁及侧护板应作为一种主动防倒、防滑机构进行使用，并通过严格控制相邻架之间的间隙并及时清除相邻架之间的浮煤浮矸等措施保证相邻架接触可靠，再配合合理的采煤工艺来保证设备的稳定性，而不要将其作为调架的一种主要手段来使用。