ZY6400/23/47 型掩护式液压支架偏置改造

2020-04-26苏林军

矿山机械 2020年4期

苏林军，佟友

天地科技股份有限公司开采设计事业部北京 100013

铁煤集团大兴矿(以下简称“大兴矿”)2019 年产 240 万 t，井田位于铁法煤田的西南角，火成岩侵入及地质构造复杂，煤层破坏程度严重[1-2]。受火成岩影响，煤层瓦斯含量大幅增加[3-4]，渗透性能差，力学强度低，煤的含水率低，自然发火期较短，是煤与瓦斯突出矿井。在采煤过程中，防治自然发火是重中之重，综采设备在设计初期未考虑实施灭火的操作空间，为此，笔者提出通过改造综采设备增加实施灭火的操作空间，降低出现自然发火灾害时防治的难度，保证采煤安全。

1 工作面及主要配套设备情况

大兴矿 N1-708 工作面，煤类为气煤，煤层厚度为 1.22～3.96 m，一般为 3.4 m，工作面配备 ZY6400/23/47 型液压支架，由于受 4-2 与 7-2 煤层之间火成岩侵入体的影响，7-2 煤层局部有可能被吞蚀或是变质形成天然焦。

煤层垂直节理发育，走向近东西，煤层呈黑色，由暗亮煤组成，条带结构。煤层结构复杂，有夹石，一般在 0.05 m 左右，岩性以泥岩、粉砂岩为主，硬度较小。自然发火期为 1～3 个月，较短，煤尘爆炸指数为 28.79%。

工作面主要配套设备为：中部支架为 Z Y 6400/23/47 型掩护式液压支架；过渡支架为 ZYG 6400/23/47 型掩护式过渡液压支架；刮板输送机为 SGZ1000/2×700 型刮板输送机；采煤机为MG650/1620-WD 型电牵引采煤机。

2 液压支架的改造设计

2.1 液压支架改造必要性

ZY6400/23/47 型掩护式液压支架中心距为 1.5 m，如图 1 所示，支架宽度为 1.43～1.60 m。正常情况下，收回支架顶梁及掩护梁侧护板，架间理论最大间隙为 70 mm，向顶板及采空区钻孔、灌浆等没有操作空间，不能充分实施灭火措施，若工作面出现自然发火，灭火工作开展起来十分困难。井下作业人员尝试在拉架过程中，采用支撑千斤顶将相邻两支架支撑开来，加大相邻支架间隙，留出操作空间，但是实际效果很差。因为支架前端通过推杆与刮板输送机铰接定位，后部在向两侧动作时又有其他支架限制，当支架支撑间隙达到 100 mm 左右后就很难增加，该间隙远远满足不了钻孔、灌浆对操作空间的需求，欲通过液压支架改造来增大支架间的间隙，进而满足钻孔、灌浆对操作空间的需求。

图1 改造前支架间隙示意

2.2 液压支架改造思路

ZY6400/23/47 型掩护式液压支架为双侧活动侧护板结构，改造后的支架采用偏置设计，将支架左侧加宽 270 mm 并改为固定侧护板，支架顶梁宽度达到 1.67 m，安装活动侧护板后支架宽度为 1.70～1.87 m，如图 2 所示。在顶梁后端增加 200 mm×300 mm天窗，掩护梁前端设置 210 mm×600 mm 天窗，为使正常采煤过程中不漏货，用铰接形式安装封闭窗口。

图2 改造后支架间隙示意

改造支架顶梁并将掩护梁加宽 270 mm 后，支护强度由原来的 0.87～0.93 MPa 调整为 0.73～0.78 MPa，由于工作面每 10 架普通支架配备 1 架改造支架，即每隔 15 m 配置 1 架改造支架，虽然改造支架的支护强度有所下降，但由于改造支架在整个工作面所占的比例较小，基本能满足大兴煤矿工作面的支护需要。

2.3 液压支架的改造

按照该方案进行结构设计并试验改造 1 架支架，实现了预想的基本功能：预留作业空间。但是实际开合窗口操作时，存在极大的安全隐患。支架支护高度为 3.2～4.5 m，从底座盖板到顶梁及掩护梁封闭窗口距离为 2.7～4.0 m，没有辅助支架无法拆下一侧铰接销轴。此操作至少需要两人同时作业，一人开合活动窗口(活动窗口质量至少 15 kg)，一人拔开插销。增加辅助支架后，操作人员站在窗口下方，开合过程中从天窗孔下落的煤块等可能对操作工人造成人身伤害。基于以上原因，对结构设计进行了二次改进。

将天窗开合由手动改为液压操作，窗口设计成伸缩滑窗模式。在侧板和主肋板上设置滑道，将滑窗安装在滑道内，并通过伸缩千斤顶推拉滑窗开合窗口。操作者仅需要在液压支架的安全操作空间内操作换向阀手柄即可开合窗口，动作简单，无安全隐患。该方案最大的难度在于加宽侧仅 300 mm 宽，既要保留滑道动作空间，又要预留千斤顶安装位置，另外由于加宽支架不可避免使支架偏载，还要使改造部分有足够强度。对加宽部分进行了强度计算，将加宽部分顶板与顶梁及掩护梁原顶板搭接 100 mm，滑动天窗设计成不可拆卸结构。顶梁天窗处在立柱支护区域，受到的压力最大，为保证强度，在立柱支撑前端封闭固定侧护板箱体，增加抗扭、抗压强度，提高抗变形能力。