煤矿井下分体式液压支架起吊装置应用分析

吴海亮

（山西煤炭进出口集团鹿台山煤业有限公司， 山西 晋城 048200）

1 分体式液压支架起吊装置架构组成

由于液压支架体积和巷道空间大小的不同，分体式液压支架起吊装置的结构也不尽相同，典型的分体式液压支架起吊装置主要由两根支撑梁、4 根起吊油缸、8 根单体液压支柱、操作台、油泵等组成[1]，见图1。每根支撑梁两端各有2 根单体液压支柱支撑，并且支撑梁两端各有一个耳孔，通过铰接的方式和起吊油缸连接。通过油泵产生的压力提供给起吊油缸的起吊力，在4 根起吊油缸共同的作用力下，来完成液压支架的起吊装车工作，而油缸尾部向下的拉力通过支撑梁由单体液压支柱的支撑力来平衡。

图1 分体式液压支架起吊装置机构

1.1 支撑梁

支撑梁是整个分体式液压支架起吊装置的中间连接部分，起着撑上拉下的作用。传统的液压支架起吊装置的支撑部分从外形看主要是一个整体四方框架结构，四角用4 个液压立柱支撑，以起到固定作用，这种液压支架起吊装置体积过大，整体性强，安装固定时对空间、顶板完好平整度要求太高，然而煤矿井下综采工作面巷道空间狭窄，由于顶板压力作用，顶板的平整度差，在安装固定时工作量特别大并且特别麻烦；而本设计采用分体式支撑梁的方式，共需2 根支撑梁，每根支撑梁采用，1 根长2 m 的11 号矿工钢和2 个长500 mm、宽200 mm、厚20 mm 的槽钢焊接组成，两端2 个槽钢中间各横向焊接一组耳孔，用于连接起吊油缸。本设计的支撑梁制作简单，安装方便，适应性强，能更好地应用于井下空间狭窄、顶板平整度差的综采工作面。

1.2 起吊油缸

起吊油缸是整个分体式液压支架起吊装置的动力部分，由油泵提供的压力来驱动起吊油缸对液压支架作用起吊力，本设计采用四根起吊油缸，每根起吊油缸长度为1 000 mm，缸筒直径为100 mm，活塞杆直径70 mm，每根油缸最大起吊力为126 kN；4 根起吊油缸分别通过根部的圆孔与支撑梁两端的耳孔以铰接的方式进行连接，4 根起吊油缸通过操作台上的4 个远控调压阀操作分别动作，这样可以更好地调节起吊液压支架时的平稳性，极大地增加了起吊装运液压支架的安全高效性。

1.3 单体液压支柱

单体液压支柱是整个分体式液压支架起吊装置的基础支撑部分，其通过支撑梁给动力部分的起吊油缸提供固定作用，根据井下综采工作面的巷高和液压支架重量等情况，可以选用不同型号的单体液压支柱，而本设计采用的是8 根型号为DW3.15m 的单体液压支柱，每根单体液压支柱的初撑力不小于120 kN。

1.4 操作台

操作台是整个分体式液压支架起吊装置的控制部分，由4 个远控调压阀组成的阀组，通过4 个远控调压阀分别调节起吊油缸的起吊力和下放力，由于4根起吊油缸的分别动作，可以更好地保证起吊和下放液压支架时的平稳性，根据本设计中操作台的应用，大大提高了起吊装运液压支架的工作效率，保证了井下搬家到面作业的安全。

2 分体式液压支架起吊装置的施力和受力分析

分体式液压支架起吊装置起吊液压支架的时候，对液压支架施加4 个作用力。分别是4 根起吊油缸提供的 4 个拉力 F1、F2、F3、F4，同时支撑梁受到 4根起吊油缸的 4 个拉力 T1、T2、T3、T4和简化的 4 个单体液压支柱的支撑力 N1、N2、N3、N4。起吊油缸通过油泵提供的压力对液压支架作用起吊力F，在起吊力F 的作用下，液压支架被平稳地抬高，同时起吊油缸根部对支撑梁作用拉力T，来平衡起吊油缸的起吊力F，而单体液压支柱对支撑梁作用的支撑力N来平衡起吊油缸根部对支撑梁作用拉力T，也就是说当单体液压支柱提供的支撑力N 和油泵提供给起吊油缸的起吊力F 大于等于液压支架的重力G时就能满足完成液压支架起吊装车工作。

2.1 分体式液压支架起吊装置最大起吊力计算

分体式液压支架起吊装置最大起吊力作用于液压支架时，其值为：

式中：F 为分体式液压支架起吊装置最大起吊力；α为拉力作用角度，本计算取84°。代入数据进行计算：F=（126+126+126+126）×sin84°=501.2 kN。

起吊液压支架所需起吊力的验证：

式中：m 为液压支架的质量，本计算取18 000 kg；g为重力加速度，本计算取9.8 N/kg。经计算得G=176.4 kN≤F=501.2 kN，满足起吊要求。

2.2 分体式液压支架起吊装置最大起吊时支撑梁的受力分析

分体式液压支架起吊装置最大起吊时，支撑梁I受起吊油缸根部的垂直拉力计算，其值为：

式中：T 为支撑梁受四根起吊油缸的垂直拉力；T1、T2为2 根起吊油缸对支撑梁的2 个拉力；α 为拉力作用角度，本计算取84°。代入数据进行计算：T=（T1+T2）sinα=（126+126）×sin84°=250.6 kN。

支撑梁II 受起吊油缸根部的垂直拉力和支撑梁I 相等，同为250.6 kN。

单体液压支柱对支撑梁提供的支撑力的验证计算，其值为：

式中：N 为4 根单体液压支柱提供给支撑梁的最大支撑力。代入数据进行计算：N=120×2+120×2=480 kN≥T=250.6 kN，满足支撑要求。

3 结语

经对分体式液压支架起吊装置的结构进行阐述，并对起吊油缸和支撑梁施力和受力情况进行了分析研究，结果表明：当分体式液压支架起吊装置在最大起吊拉力下完全满足起吊相应液压支架的条件，大大提高了井下综采工作面搬家到面中液压支架起吊装车工作的安全性和高效性。