高效綜采液壓支架的研制范文

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《煤礦現(xiàn)代化雜志》2014年第四期

1南屯煤礦九采區(qū)3下煤層礦壓情況

1.193下16工作面礦壓情況（1）工作面概況。工作面東南上覆為93上14采空區(qū)。工作面地面標(biāo)高＋49.6～＋48.0m，平均48.8m，工作面標(biāo)高-558～-587.5m，平均-572.8m，工作面面長113.5m，推進(jìn)長度為552.5m，煤層賦層穩(wěn)定，煤層厚度變化不大，煤層平均厚度為3.19m，煤層傾角1～7°，平均4°。老頂為中砂巖，灰白色,石英為主,斜層理,分選性好。普氏硬度為：f=6～8；厚度為4.38～11.0m,平均厚度均為9.63m；直接頂為泥巖，灰黑色,含砂質(zhì),強(qiáng)度較底。普氏硬度為：f=3～4；厚度為1.37～1.67m，平均厚為1.46m；偽頂：工作面范圍內(nèi)偽頂不發(fā)育。直接底為粉砂巖，淺灰色,含泥質(zhì),局部相變?yōu)槟鄮r,含植物根部化石。普氏硬度為：f=4～5；厚度為：0.75～1.2m，厚度平均為1.0m；老底為細(xì)砂巖，灰～灰白色,渾濁層理,底部為粉細(xì)砂巖互層。普氏硬度為：f=5～6；厚度為：2.55～11.8m，厚度平均為9.5m。（2）93下16工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。根據(jù)觀測獲得的礦壓資料和分析，工作面初次放頂期間支架工作阻力統(tǒng)計數(shù)據(jù)和支架阻力變化曲線如圖1所示：

1.293下05工作面礦壓情況（1）工作面概況。工作面的上覆為93上05工作面采空區(qū)。工作面煤層底板標(biāo)高:-399.4～530m。工作面凈面長:155.3m，回采推進(jìn)長度:588.5m。平均采高為3.05m。93下05工作面為一單斜構(gòu)造，南西高，北東低:煤層走向北西一南東向:煤層傾角6o~20o，平均為13o。根據(jù)相鄰工作面巷道及揭露資料顯示，該工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，在掘進(jìn)過程中預(yù)計將揭露27條斷層，其中3F209斷層（H=2.0m左右）斷層落差較大。該面老頂為灰黑色粉砂巖，含植物根部化石，呈團(tuán)塊狀構(gòu)造。普氏硬度f=3～4；厚度6.19～2.32m，平均4.26m。老頂即為直接頂。偽頂:該區(qū)偽頂不發(fā)育。直接底為灰色細(xì)砂巖，石英為主，泥質(zhì)膠結(jié)，水平層理發(fā)育。普氏硬度f=4～5；厚度3.40～0.73m，平均1.82m。老底為灰黑色粉砂巖和灰色細(xì)砂巖互層，以石英為主，鈣質(zhì)或泥質(zhì)膠結(jié)，具水平或微波層理。普氏硬度f=3～4；厚度23.59～10.0m，平均16.21m。（2）93下05工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。根據(jù)觀測獲得的礦壓資料和分析，工作面初次放頂期間支架工作阻力統(tǒng)計數(shù)據(jù)和支架阻力變化曲線如圖2所示：

2液壓支架的研制

2.1總體設(shè)計（1）架型的確定。根據(jù)南屯煤礦九采區(qū)3煤層條件，結(jié)合液壓支架的最新技術(shù)發(fā)展和高產(chǎn)高效生產(chǎn)的特點，優(yōu)先選擇兩柱掩護(hù)式液壓支架。設(shè)計支架盡可能減小底座前端比壓，防止支架扎底。（2）液壓支架高度的確定。南屯煤礦九采區(qū)3下煤，煤層平均厚度為0～4.15m，平均煤層厚度3.2m，為最大限度資源回收，確定最大回采高度為3.8m。為保證支架發(fā)揮正常支護(hù)作用，按煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“液壓支架設(shè)計規(guī)范”（MT/T556-1996）的規(guī)定選取支架的最大結(jié)構(gòu)高度。支架最大高度H1=3.8+0.2=4m，兩柱掩護(hù)式液壓支架，液壓支架的伸縮比較大，通過優(yōu)化設(shè)計，可以使液壓支架的最低高度降低，支架的最低高度可以降低到1.95m。（3）頂梁結(jié)構(gòu)形式的確定。據(jù)我礦使用經(jīng)驗，架型選用鉸接分體頂梁形式，同時設(shè)置伸縮粱及護(hù)幫板，伸縮粱行程為600mm，有利于在采煤機(jī)通過后對剛暴露出的頂板進(jìn)行支護(hù)。（4）底座形式及前端比壓設(shè)計。本支架底座設(shè)計為剛性開底式，此結(jié)構(gòu)不僅具有很高的強(qiáng)度和剛度，而且對底板起伏不平的適應(yīng)性強(qiáng)，排矸性能好，本設(shè)計通過優(yōu)化計算，使得該支架的底座前端比壓相對較小。（5）支架液壓系統(tǒng)設(shè)計。本支架采用大流量手動控制系統(tǒng)，主閥采用400L/min大流量閥，主進(jìn)液管路規(guī)格31.5D，主回液管路規(guī)格50。（6）支架液壓主要技術(shù)參數(shù)。2.2液壓支架整體結(jié)構(gòu)力學(xué)分析利用液壓支架參數(shù)化、可視化、動態(tài)化設(shè)計軟件對支架整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，見圖3，其主要結(jié)構(gòu)特點及各種參數(shù)如下：從計算結(jié)果可以看出：（1）支架粱端曲線變化平穩(wěn)，支架在從高到低的運動過程中，整個過程變化量為81mm，支架在2400～3800mm高度范圍變化量為45mm，小于大采高支架規(guī)范要求不超過100mm的指標(biāo)，有利于工作面頂板管理。（2）支架支護(hù)強(qiáng)度變化，支架在2400～3800mm高度范圍內(nèi)，支護(hù)強(qiáng)度為0.94～1MPa。（3）支架對底板比壓小，支架在2400～3800mm高度范圍內(nèi)，底座前端對底板比壓為2.1～3.7MPa。（4）支架在2400～3800mm高度范圍內(nèi)，支架頂梁合力6756～7118kN之間。（5）支架初撐力在5033～5303kN之間。

3工業(yè)性試驗

ZY6800/19.5/40型液壓支架設(shè)計完成并順利通過國家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測中心的檢測，然后在兗礦集團(tuán)機(jī)電設(shè)備制造廠按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)并繼續(xù)試驗，2012年5月，完成南屯煤礦整個工作面所需100個支架的生產(chǎn)。

3.1地質(zhì)條件試驗地點為兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦9303工作面，工作面地質(zhì)條件如下：

3.1.1煤層情況3下煤層，厚2.2～3.5m，平均2.84m，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單；煤層為黑色半亮型煤，條帶狀結(jié)構(gòu)，弱玻璃光澤，夾鏡煤條帶，含黃鐵礦星點；煤層松軟破碎，易冒落；煤普氏硬度系數(shù)為f=2～3。

3.1.2煤層頂?shù)装謇享敒榛液谏凵皫r，夾薄層細(xì)砂巖，有黃鐵礦晶體，炭質(zhì)條帶，含植物化石。普氏硬度為：f=3～4，老頂即直接頂。直接底為灰色粉砂巖，上部灰黑色細(xì)粒含植物化石及小炭塊，下部色淺粒粗。普氏硬度為：f=4～5。老底為灰黑色細(xì)砂巖，以石英為主，泥質(zhì)膠結(jié)，法語水平層理，夾粉砂巖及泥巖條帶，含少量黃鐵礦晶體，含大量植物化石碎片。具水平或微波層理。普硬度為：f=5～6。

3.2設(shè)備配套工作面設(shè)備配套見表1。

3.3試驗結(jié)果9303工作面于2012年8月10日安裝調(diào)試完畢正式生產(chǎn)，工作面面長141.731m，推進(jìn)長度1269m，工作面最大傾角29o，該工作面于2013年3月30日回采結(jié)束，日產(chǎn)最高6328t，月產(chǎn)最高13.7萬t。高標(biāo)準(zhǔn)完成了既定目標(biāo)，工作面整個生產(chǎn)過程中，ZY6800/19.5/40型液壓支架經(jīng)歷了直接頂?shù)某醮慰迓洹⒗享數(shù)某醮蝸韷汉投啻沃芷趤韷海Ъ芄ぷ鳡顟B(tài)良好，沒有出現(xiàn)支架部件損壞現(xiàn)象。取得了顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

4社會效益分析

（1）該項目的試驗成功，使我國復(fù)雜頂板條件較大傾角煤層裝備配套水平進(jìn)一步提高，并進(jìn)一步發(fā)展和完善了兗礦集團(tuán)綜采核心技術(shù)，推動了我國煤炭工業(yè)的發(fā)展。（2）該套設(shè)備可靠性進(jìn)一步提高，設(shè)備事故率明顯降低，有利于工作面快速推進(jìn)和安全高效生產(chǎn)。（3）支架支護(hù)阻力增大，對頂板支護(hù)能力增強(qiáng)，明顯改善了頂板維護(hù)狀況，杜絕了頂板事故，從而減輕了工人的勞動強(qiáng)度和維護(hù)頂板時的不安全因素。（4）該套設(shè)備推廣應(yīng)用之后，將進(jìn)一步拓寬復(fù)雜頂板條件較大傾角煤層開采技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高綜采技術(shù)水平，促進(jìn)綜采技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

作者：魏寶軍李偉黃勇單位：兗礦集團(tuán)有限公司南屯煤礦