极薄煤层两柱掩护式支架结构选型及参数设计研究

孙北平

摘 要：本文针对达竹矿区极薄煤层开采条件，研制了ZY3200/6.5/15D两柱掩护式薄煤层液压支架，从结构优化设计出发，分析了该支架梁端距与支护强度，顶梁偏载掩护梁扭矩及支架底压比的受力规律，采用两柱掩护式支架结构，解决了实现薄煤层液压支架的适应能力和开采范围。

关键词：薄煤层；液压支架；三伸缩立柱

中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0161-02

我国薄煤层资源丰富，分布广泛，在已探明矿区中，超过85%以上的矿区均有薄煤层分布，可采储量约占20%。其中仅西南片区基本以薄煤层为主，粗略统计，仅四川省和重庆市国有统配煤矿就有薄煤层储量1.5亿吨以上。我国煤矿在厚煤层及中厚煤层已经实现并普及了综合机械化开采，安全高效。薄煤层综采也取得了很多成果，1.0m以上薄煤层和中厚煤层一样已基本实现了综合机械化开采。但由于受开采空间的限制，薄煤层机械化开采比厚煤层及中厚煤层要困难得多，1.0m以下薄煤层综合机械化开采仍有很多问题没有解决，这不仅影响也极大限制了1.0m以下薄煤层安全高效的机械化开采的运用，因此，研制和实用良好的薄煤层液压支架很有必要。

1 达竹薄煤层综合机械化开采技术现状

1.1 開采方式

达竹煤电集团公司所属各矿也主要开采薄煤层，且煤厚大多低于1.0m。因为煤层薄，达竹矿区自开发建设以来，一直采用手采、炮采工艺。八十年末至本世纪初期，先后使用了BM-100型、MLS3-170型和3MG-200型采煤机组，由于受煤炭市场疲软的影响，加上各单位对矿井机械化发展工作的认识不足，缺乏信心，公司机械化发展工作一直处于较低的水平。因此，达竹公司因地制宜，积极探索适合达竹极薄煤层综采的液压支架研制与攻关。

1.2 极薄煤层对液压支架要求

（1）在支架的机构设计上，采用两柱掩护式结构形式，采用较大直径的平衡千斤顶结构形式，增大支架顶梁和掩护梁之间的调节能力和强度。

（2）支架结构力求简单、可靠，通过优化设计，改善力学特性，合理的梁体截面筋板配置和焊缝设计，支架合理选用了高强度材板，减小支架重量和顶梁厚度，在保证支架高可靠性的前提下，满足尺寸小、重量轻等要求。

（3）减小对底板的比压，两架间采用新型调底装置能适应大倾角工作面，支架设计能确保必要的通风断面，梁端距，行人空间。

（4）为了保证支架具有较大的推拉力和行走速度，选用大直径的推移千斤顶和装备快速电液操作系统的快速移架系统，保证支架的运行速度和推拉力，实现自动化快速作业。

（5）极薄煤层工作面空间小，作业人员行走较为困难，设备运输和设备检修受空间限制。为尽量减少设备的维护和更换备件时间，宜选用聚胺脂密封和不锈钢液压阀提高液压系统的可靠性和使用寿命。

2 ZY3200/6.5/15D两柱掩护式液压支架设计

2.1 主要技术参数

架型为两柱掩护式液压支架，型号：ZY3200/6.5/15D；支架高度650～1500mm；支架宽度1450mm；支架中心距1500mm；支架工作阻力3200kN；初撑力为2618KN；支护强度0.398MPa；推移行程860mm；当摩擦系数f=0.2时支架前端最大比压为1.76MPa。

2.2 极薄煤层液压支架受力分析

（1）梁端距与支护强度分析。（如图1、图2）

（2）顶梁偏载掩护梁扭矩及支架底压比分析。（如图3、图4）

小河嘴煤矿21煤层底板抗压强度为19.2～31.5MPa，大于ZY3200/06/15型两柱掩护式液压支架的底板最大比压2.462MPa；顶板压力0.28～0.35MPa小于支架的支护强度0.3～0.52MPa，工作阻力3200kN能够满足支护顶板的要求。采高在0.65～1.5m各主要参数均较理想。因此，该型支架适用于21煤层回采工作面。

3 ZY3200/6.5/15薄煤层液压支架结构特点

（1）采用先进的计算机模拟试验和优化程序对液压支架参数进行优化设计，减少了支架内力，提高了支护强度，支架架型设计为两柱掩护式液压支架，对顶底板适应性能强。

（2）研制薄尺寸的电液控制器，增加人行通道尺寸，技术先进，安全可靠，实现了薄煤层工作面的半自动化采煤。

（3）优化设计叠板焊接型式，减薄顶梁厚度，人行通道、通风断面大；对支架前部顶板的支撑效果好，设置双侧活动侧护板，适应性强；加大顶梁前部宽度，减少了漏矸，。

（4）为了满足强度的要求，连杆部分的材料使用高强度的钢板，并且采用前后双连杆、双平衡平行布置，稳定性好，稳定性好增强了掩护梁强度，具有足够的抗扭能力。

（5）为底座设计成刚性整体底座，底座中部全开空档，便于排矸，底座前端设计调推杆防滑机构及支架防滑连接位置。

（6）支架设置长推杆加倒装千斤顶结构，推溜、拉架力大，对工作面倾角有很好的防滑作用，同时配合电控系统可以实现防滑装置同时动作将刮板运输机上调实现运输机下滑后的主动调整。

（7）平衡千斤顶采用大缸径千斤顶，通过增大千斤顶的调整范围实现更大范围的控制支架的状态调整。

4 结语

本文设计的ZY3200/6.5/15薄煤层两柱掩护式液压支架，采用双伸缩立柱结构，缩短立柱最小长度，既增加支架的调高范围，又减小立柱倾角，保证立柱足够的支撑效率。支架顶梁前端采用层叠板式结构，最大限度减小顶梁的厚度，增加过人、过机空间。先进的电液先导阀控制邻架工作方式，安全可靠，工作空间大。使用新型抬底装置实现抬底与移架动作的联动，移架时自动抬底，解决了薄煤层液压支架的抬底和顺利移架问题，进而解决了煤泥堵塞薄煤层液压支架底座中档造成的移架困难。

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