ZY18000/35/77D型液压支架技术设计及特征分析

2022-04-08王雅

煤 2022年4期

王雅

(晋能控股装备制造集团潞安装备公司，山西长治 046204)

ZY18000/35/77D型液压支架是针对特厚煤层特点设计的一种支架，其控制系统采用电液控，操作方便；推移采用大流量液控阀，可提高支架的移架速度；泵站额定供液压力的提高，使支架的初撑力得到了提高，保证了支架的支护性能；前连杆为两个单连杆，抗扭能力大大提高；较大的支架通风断面，保证了采煤工作面良好的通风。

1 支架的选型设计

选择技术性能恰当的液压支架是保证工作面安全生产的关键条件。该特厚煤层大采高工作面主要配套设备包括: MG1100/2860-WD采煤机，SGZ 1350/3×1200刮板输送机，SZZ 1350/700转载机和ZY18000/35/77D型液压支架。

1.1 支架支护强度的确定

根据设计所采煤层厚度，支架最大高度定为7.7 m，设计最大采高7.2 m。

1) 倍数岩重法计算公式[1]：

q=nMγ

式中：M为采高，取7.2 m;γ为岩石密度，取27 kN/m3;n为不同条件下的倍数。一般认为，对中等稳定以下顶板，可取n=6～8，此处取6。

代入公式：q=6×7.2×27=1 165(kN/m2)=1.165(MPa)。

考虑支护强度 1.2 倍富裕系数，同时参考国内相似支架选型参数，支护强度确定为1.4 MPa[2]。

2) 顶板分类计算法[2]：

根据多年来综采工作面矿压观测的成果，获得了支架-围岩达到初始力学平衡必需的临界阻力的计算公式：

qh=72.3M+4.5Lp+78.9Ls-10.24N-62.1

式中:qh为额定支护强度下限,kN/m2；M为采高,取最大采高7.2 m；Lp为基本顶周期来压步距,参考王庄矿地质报告,取40 m；Ls为控顶距，取6.009 m(顶梁长度+梁端距)；N为充填系数，N=hi/M，hi为直接顶厚度；取19.75 m。将上述各参数代入式中，得：

qh=72.3×7.2+4.5×40+78.9×6.009-10.24×19.75/7.2-62.1

=1 084(kN/m2)

考虑支护强度 1.2 倍富裕系数，以及设备高可靠性、低维修量、投资的合理性等因素，要求支架支护强度:qh≥1 281 kN/m2=1.281 MPa

综合上述计算结果，支护强度取 1.4 MPa 左右为宜，以达到支架选型经济合理、安全可靠的目的。

1.2 支架工作阻力的确定

工作面支护强度确定以后，支架工作阻力值主要取决于支护顶板的控顶面积。而支护控顶面积主要与工作面“三机”配套设备的断面纵向尺寸有关[2]。

Qh=qhLsB0/Ks

式中：Qh为支架额定工作阻力，kN；qh为支护强度，取1 400 kN/m2；Ls为支架顶梁长度，取5.8 m；B0为支架中心距，取2.05 m。

Qh=1.4×1 000×5.8×2.05÷0.98=16 986(kN)

考虑一定的富裕系数，工作阻力定为18 000 kN。

1.3 平衡千斤顶保持力矩计算

根据支架设计要求采高7.2 m，确定支架的最大高度为7.7 m。

2 支架主要技术特征

支架适用条件为直接顶1、2类，老顶Ⅰ、Ⅱ级，煤层倾角≤10°，两柱双伸缩掩护式液压支架主要技术参数见表1。

表1 液压支架主要技术参数

3 支架的特点

常规工作面泵站额定供液压力为31.5 MPa，此设计考虑到煤层厚、工作阻力高，选用泵站供液压力为37.5 MPa，提高了支架的初撑力，保证了支架的支护性能。

支架采用2根D500 mm的双伸缩立柱，调高范围大，采高适应性强。

支架顶梁带有内伸式伸缩梁，必要时可实现超前支护，伸缩梁前端设有一级护帮、二级护帮、三级护帮，必要时可实现超前支护，有效防止和减少煤壁片帮的发生。伸缩梁采用导轨插装式，伸出后梁端高于顶梁45 mm，顶梁后端留清煤孔。

适当加大两立柱间距，增大支架中心距，大大提高了支架的稳定性。

为防止支架咬架和漏矸，适当加宽顶梁和掩护梁侧护板宽度，保证降架300 mm，移架一个步距时，支架间仍有一定的重合量。

支架的轴孔名义间隙不大于0.4 mm，横向间隙不大于8 mm，特别是底座与连杆的配合间隙。

人行通道大，便于工作人员通过，操纵阀位置布置合理，不占用人行道空间，且便于操作。

挑梁装置由一级护帮、二级护帮及三级护帮组成，根据对大采高支架片帮受力模型的分析，片帮应力最大在距顶板的0.35倍采高处。本支架的采高按7.2 m考虑，最容易片帮处应在距顶板2.52 m处。以使支架的二级护帮能将最容易片帮区域完全维护住为原则，对护帮机构优化设计，结果为：二级护帮上沿距顶板1.238 m，距片帮最大应力处1.282 m，结合三级护帮，使护帮装置的总护帮高度达到3.812 m。护帮机构示意见图1。

图1 护帮机构示意(mm)

4 支架液压控制系统

4.1 液压系统高压胶管配置

主进液管路为DN51G规格高压胶管。主回液选用DN63规格回液胶管。立柱下腔DN25接口，上腔DN13接口。推移千斤顶下腔DN25接口,上腔DN19接口。平衡千斤顶上下腔DN13接口。其它均为DN10接口。

4.2 支架液压系统

本液压系统采用高精度电动反冲洗过滤器、回液断路阀、进液球形截止阀、立柱球形截止阀等元件构成主干路控制系统。在立柱上配备1 000 L/min的大流量立柱液控单向阀TMFDY(1000/50);推移采用400 L/min大流量TMFDYT(400/50)液控单向阀；一级和三级护帮千斤顶采用双向锁TMFDS(125/50)B;二级护帮千斤顶采用双向锁TMFDS(125/50)B及差动双向锁TMFDSP(80/45)G;伸缩梁千斤顶上采用双液控双向锁TMFDSS(125/50)。支架换向阀组采用22功能23出口电液换向阀组TMFHZY(23).00,主进液P:DN25;主回液R:DN32。