薄煤层液压支架抬底装置的研究与应用

中煤北京煤矿机械有限责任公司 北京 102400

0 引言

薄煤层综采工作面的液压支架主要功能就是支护，对于薄煤层支护设备保证可靠的支护能力需满足以下几点：1、具有足够的安全系数；2、为了满足三机配套要求，保证足够的过机高度，一般采用薄梁体；3、具有足够的行人空间；4、具有良好的移架能力。

以上几点要求在支架梁体满足三机配套要求的同时尽量将顶梁厚度加大，以获得更高的安全系数。这就导致上、下梁体见空间较小，无法在设置常规的抬底机构的同时满足支架最低高度。针对一些软底板的煤层，支架必须设置可靠的抬底机构，才能保证支架能够顺利的移架。多年以来，各大煤机厂家都选择了设置常规抬底机构，而只能在支架下井安装完成后，升至使用高度再安装抬底装置。

为解决这个问题我们需要设计新型抬底机构，以解决薄煤层抬底机构的难题。

1 地质条件

羊市塔二矿5-1煤层：煤层自然厚度1.12～1.68 m，平均1.42 m。煤层可采厚度1.12～1.68 m，平均1.42 m，该煤层结构较简单，无夹矸。顶底板岩性均为砂质泥岩、粉砂岩、泥岩等。

2 工作面参数

工作面长度235.5 m，推进方向长度约1200m，平均采高1.50 m，煤层倾角1°～3°。

2.1 煤巷为矩形断面。巷道尺寸：①辅运顺槽：宽×高=4.8 m×2.6 m，②主运顺槽：宽×高=5.1 m×2.6 m。

2.2 工作面配套液压支架型号

中部液压支架：ZY6800/09/18

过渡液压支架：ZYG6800/09/18

端头液压支架：ZYT6800/13/28

3 抬底机构的设计

羊市塔二矿5-1煤层底板为软底板。由于一般支架底座前端比压较大，很可能造成支架底座前端下陷，若不设置抬底机构，支架可能无法移架，若由推移千斤顶直接拉架，很可能造成结构件损坏，这就需要支架设置合理的抬底机构，以减小支架移架的摩擦力。

3.1 剪刀式抬底机构

3.1.1 剪刀式抬底机构原理说明 常规抬底机构的抬底力竖直向下，抬底千斤顶为竖直布置，由于薄煤层支架上下梁体间距离较小，故考虑通过杠杆机构将横向力转化为竖向抬底力，这样就可以将抬底千斤顶采用横向布置，在保证具有足够抬底量的前提下，能够满足抬底机构可在支架任何高度状态正常安装和工作。

如图1，支架移架完成后，可将抬底千斤顶伸至最长状态，抬底顶架收回底座前过桥之上；

图1 剪刀式抬底机构安装图

当需要抬底时，抬底千斤顶上腔进液，千斤顶收缩，当抬底顶架接触推移杆时，底座开始抬起，如下图：

如图2，抬底千斤顶的收缩力作用在A点，对B点的力矩为M1=F1×L1；当抬底顶架接触到推移杆时会对推移杆产生一个作用力F2，F2对B点的力矩为M2=F2×L2，且M2=M1；两个抬底顶架对推移杆的作用力2×F2的反作用力2×F2x即为抬底机构产生的抬底力。

图2 底座开始抬起状态图

如图3，当2×F2x×L3＞G×L4时，即能实现抬底动作，配合推移千斤顶完成拉架动作。

图3 支架整体抬底示意图

3.1.2 优点：

A.抬底千斤顶采用左右横向布置的型式，可保证有足够千斤顶行程，从而保证支架具有足够的抬底量。

B.常规型式的抬底机构一般布置在底座前过桥板后部，而该型式抬底机构布置在底座过桥前部，这就使的该抬底机构的抬底力力臂L3要大于常规型式的抬底机构，从而增大了抬底力矩。

C.抬底机构布置在底座过桥前部，便于井下拆装和维修。

3.1.3 缺点：

A.该种抬底机构抬底力来源于抬底千斤顶的收力，而常规型式的抬底机构抬底力来源于抬底千斤顶的推移，若需要获得相同的抬底力，剪刀式抬底机构需要的千斤顶缸径较大。

B.由于抬底机构布置在底座过桥前方，而且相对于常规抬底机构所占用的纵向空间较大，故而占用了一定的行人空间。

3.2 滑道式抬底机构

3.2.1 滑道式抬底机构原理说明 滑道式抬底机构是在常规抬底机构基础上改进而成的，将常规抬底顶架与底座的连接耳板铰接孔由圆孔改为长孔。当抬底机构不工作时，可沿滑道自由落下至推移杆上方；在移架前需抬底时，将抬底油缸伸出，抬底顶架沿长孔滑动至极限位置后抬底油缸继续伸出，从而实现抬底动作。

如图4，抬底机构非工作状态，可控制千斤顶收回，抬底顶架可以沿滑道落下，使得支架能降至最低状态。由图4可见，抬底顶架两个固定耳板采用了长滑道的型式。

图4 抬底机构非工作状态

如图5，当抬底顶架滑道滑至极限位置时，抬底千斤顶继续伸出，抬底力作用在推移杆上，从而实现抬底动作，抬底量为L5。

图5 抬底工作状态示意图

3.2.2 优点：

A.滑道式抬底机构布置于底座前过桥板后部，从而获得底座前部较大的行人空间。

B.滑道式抬底机构抬底力来源于抬底千斤顶的推力，采用同样缸径的抬底千斤顶，相比剪刀式抬底机构可获得更大的抬底力。

3.2.3 缺点：

A.虽然抬底顶架采用了滑道型式，但抬底顶架在使用状态占据高度方向空间较大。

综合考虑实际情况，在具有足够抬底力的前提下，采用剪刀式抬底装置。

4 应用情况

其中剪刀式抬底机构已经应用于汇能集团羊市塔煤矿和府谷万泰明煤矿薄煤层支架ZY6800/09/18型液压支架，滑道式抬底装置已经应用于益民煤矿薄煤层支架ZY6800/09/18型液压支架。两种形式抬底机构在矿使用期间均得到用户的一致认可，完全满足矿方正常开采要求。