机械与自动化 ２０１４ Ｎ０．０９ ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ。。。。Ｔ。。。。‘ｅ ’ｃ。。。ｈ。。。ｎ。。。ｏ。。。’。ｌ。ｏ。。—ｇ—ｙ 一种两柱放顶煤液压支架选型设计方案 张海建陈娇张连涛 郑州４５０１０３） （卡特彼勒（郑州）有限公司。河南摘要：基于国内特厚煤层开采经验，总结综放设备设计使用效果，经过对两柱和四柱放顶煤架型的对比分析．以放顶煤支架发 展方向为依据，确定一种两柱掩护式放顶煤液压支架的选型方案。通过计算机辅助软件，对支架进行承载受力分析，分析结果表明为 东煤矿设计选型的两柱放顶煤液压支架结构合理、受力良好，满足矿方使用要求 关键词：特厚煤层开采；放顶煤；支架选型；两柱掩护式放顶煤支架；受力分析 中图分类号：ＴＤ３５５文献标识码：Ａ文章编号：１００３—５１６８（２０１４）１７—０１０９—０２ 近三十年，综采放顶煤技术一直是实现厚及特厚煤层机械 化开采的主要方法，而两柱掩护式放顶煤支架在与围岩的适应 性和自身结构力学性能上具有潜在优势．而且便于实现电液控 制，提高综放工作面的自动化程度。两柱放顶煤支架将成为应用 放顶煤技术的一个重要途径 。另德国、美国、澳大利亚等发达 国家的发展趋势也偏向于两柱掩护式整体顶梁电液控放顶煤支 架方向发展＿Ｉｏｌ。本文结合东煤矿地质条件及放顶煤支架的发展 方向研制一种两柱放顶煤液压支架。 １ 四柱与两柱放顶煤液压支架的对比分析 １．１ 四柱式放顶煤支架的优缺点 ｏｌ （１）同样中心距尺寸的情况下，四柱式放顶煤支架可以 提高支架的工作阻力。 （２）顶梁可设置铰接前梁，前梁上下摆动可适应顶板起伏的 变化。支架运输状态时，前梁可旋转９０。或拆掉，减小运输尺寸。 前梁及前梁千斤顶的设置可缓解顶梁恶劣情况下的受力状态， 避免支架拔后柱的情况发生。 （３）四柱放顶煤支架结构稳定性好适应于倾角较大的工作 面。 （４）四柱放顶煤支架前后柱随合力作用点的变化易产生受 力不均。降低支架的支撑效率。 （５）四柱放顶煤支架千斤顶种类多，操作复杂不利于实现电 液控制。 １．２两柱放顶煤支架的优缺点 （１）两柱放顶煤支架与围岩的适应性好，工作阻力循环变化 呈增阻状态，支架支撑效率高，有利于发挥其支撑能力。 （２）两柱放顶煤支架平衡千斤顶的合理设置能调节顶梁合 理作用点的位置，适应顶板围岩的压力，提高支架梁端力，有利 于顶板维护，防止顶板冒顶及片帮。 （３）两柱放顶煤支架结构简单，液压管路布置简化，而且便 于实现电液控制，使支架平均移架时间和放煤时间均小于四柱， 可进一步提高综放工作面效率 ｑ。 １．３综合对比 两柱与四柱的架型具不同的适应性，根据以下几点来进行 选型：（１）根据具体地质条件（顶底板条件、煤层倾角、矿井条件） 和开采方案来确定。（２）根据客户对支架重量、运输尺寸、配套尺 寸的具体要求来确定。 ２煤矿地质条件 土耳其Ｄｅｍｉｒ ｅｙｎｅｚ东煤矿ＫＭ２煤层厚度２５—３５ｍ，东部边 缘煤层厚度小于５ｍ，平均２４ｍ。煤层倾角５。￣１０。，首采面最大倾 角８。。南北走向大规模断层，垂直可达５０—１００ｍ。埋深３５０— ４００ｍ。煤容重１．４５ｄｍ３ｏ顶板为泥灰与石灰岩构成，有很好的耐压 强度，４５—６５Ｍｐａ，易碎。底板较软，易受水影响，支护设备须适应 底鼓措施，１ ８—２０Ｍｐａ。煤硬度２５—３０Ｍｐａ。 开采方法：煤层厚度为２５ｍ左右的煤层，上层一次采全高。 采高３．１ｍ，截深８００ｍｍ。顶板坚硬。爆破放顶。下层分两次放顶 煤开采一次１０．５ｍ。采煤机截割采煤３．１ｍ，放煤高度７．４ｍ。预计 年产量约３００万吨，首采工作面长度１８０ｍ，走向长度７００ｍ。 综合考虑东煤矿煤层赋存条件和配套要求，以及当前放顶 煤支架的发展趋势和可靠性，最终选定两柱掩护式放顶煤液压 支架。 ３支架的主要技术参数 支架型号： ＺＦＹ６８００／２０／３２；支护高度／ｍｍ：２０００—３２００；支架宽度／ｍｍ： １６６０—１８６０；支架中心距／ｍｍ：１７５０；初撑力／ｋＮ：５０６４；工作阻力／ ｋＮ：６８００；平均支护强度／Ｍｐａ：０．７８；对底板平均比压／Ｍｐａ：１．５８： 移架步距／ｍｍ：８００。 主要千斤顶规格如下： 立柱：３２０／２９０ｍｍ；平衡千斤顶：１６０／１０５ｍｍ；推移千斤顶： ２００／１２０ｍｍ。 配套设备如下： 采煤机：ＥＬＩＯ００；前部刮板输送机：ＰＦ４／８３２；后部刮板输送 机：ＰＦ４／１１３２；转载机：ＰＦ４／１１３２。 ４支架总体结构特点 ４．１ 支架采用整体顶梁加一级护帮板结构，顶梁前端上翘 ４０～５０ｒａｍ，提高支架接顶能力，增大端面支撑能力，配合护帮板 可有效防止端面冒顶和煤壁片帮。 ４．２底座采用全开档刚性底座，推移千斤顶倒装，底座前端 设置抬底装置。 ４．３支架顶梁和掩护梁采用双侧活动侧护板。使用时一侧 固定，一侧活动，使支架宽度可在１ ６６０—１ ８６０ｍｍ范围内变化。 ４．４采用正四连杆稳定机构，前连杆为双连杆，后连杆为单 连杆，分别与掩梁和底座铰接，增大了连杆的抗弯和抗扭能力。 ４．５主要装配孔的孔轴间隙不大于０．８５ｒａｍ，横向间隙不大 于８ｒａｍ，提高支架稳定性。 ４．６支架顶梁和掩护梁最大夹角时均设机械限位装置。平 衡油缸设防坠落装置。 ４．７顶梁与掩护梁铰接处采用圆弧包容结构，间隙１０ｒａｍ， 有效地防止矸石漏人支架内，为支架的操作与维护提供安全保 证。 ４．８支架适应于俯采、仰采的工作面，工作面走向倾角０— １００。工作面倾角０—１００。 ４．９支架主要结构件及油缸按重量在合理位置布置起吊环 或起吊孔。 ４．１０立柱安全阀流量５００Ｌ／ｍｉｎ，立柱柱卧设有填充物，立 ２０１４ Ｎ０．０９ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 机械与自动化 柱设置保护套 ４．１１支架采用１８功能进口电液控制，每台支架的进液管 上安装自动反冲式过滤器，过滤精度为２５１．￣ｍ。推移油缸推溜控 制回路设液压闭锁装置，防止运输机倒拉。 ４．１２支架设置尾梁机构，通过调节摆动尾梁实现放煤，并 将煤送入后部输送机，尾梁采用带伸缩插板结构，插板的插齿具 有破大块煤能力。 ４．１３每台液压支架的立柱下腔分别安装压力表～个，以监 测立柱的工作压力 ５支架的优化 两柱掩护式支架平面受力分析方法如下。平面受力如图１。 图１ 支架垂直合理及合理作用点分别为 ｆ１：Ｐ（ｒｔ－ｒ￣）－ＰＥ！ ｂ （１－ｆｉａｍｐ） ＋ｔｉｔ。 前后连杆受力： Ｆ１ Ｑ（ｆ＋ｔａｎｔｘ２）－Ｐ（ｓｉｎｌ３＋ｃｏｓ￣ｔａｎｏｔ ．ｃＯｓ １ｔａｎ（ｘ２－ｓｌｎｏｑ Ｆ，：Ｑ二 曼 二 ！ 苎 １） ‘ ＣＯＳｄ２ 式中，卜顶梁与顶板间的摩擦因数，一般取ｆ－Ｏ～０．３：Ｐ－立 柱总工作阻力；Ｐｒ一平衡千斤顶总作用力。 通过计算机辅助软件进行优化设计得出受力分析曲线如图 ２一图５ 图２梁端距变化曲线 图３ 支架支护强度变化曲线 １１Ｏ 图４支架支撑力变化曲线 图５底板比压变化曲线 ６结论 经过对比分析，为东煤矿选型的两柱掩护式放顶煤液压支 架与围岩的适应性强，受力分析良好，结构简单，电液控制便于 操作。支架的选型方案合理且满足矿方的使用要求。 参考文献： ［１］耿东锋，王启广，李琳．我国综合机械化采煤装备的现状 与发展『Ｊ１．矿山机械，２００８，３６（１２）：１－６． ［２１．Ｙ－国法．两柱掩护式放顶煤液压支架设计研究ｆＪ１．煤炭科 学技术，２００３，３１（４）：３６—３８． ｆ３１￣，Ｊ、公赞，张晓东，樊军．两柱与四柱放顶煤支架架型及结 构浅析［Ｊ１．煤矿机械，２００９，３２（２０）：１６７—１６９． ［４］杨培举，刘长友，金太．两柱掩护式综放支架的承栽规律 及工艺研究［Ｊ】．采矿与安全工程学报，２０１０，２７（４），５１２—５１６． ［５］于海勇，于海波，吴兆华．四柱式与两柱式放顶煤支架适 用条件分析ｌＪ１．煤炭科技，１９９９，５９—６３． 【６】杨培举．平衡千斤顶对放顶煤两柱掩护支架适应性的作 用ｆＪ］．采矿与安全工程报，２００９（１Ｏ）． ［７］任永强，于海勇，范志肿．两柱式放顶煤支架支撑效率分 析［ＪＩ＿煤炭科学技术，２０１１，３９（４）：９４—９６． 【８】马端志．四柱支撑掩护式放顶煤液压支架支护性能分析 【Ｊ］．煤矿开采，２００９，１４（５）：５６—５７． ［９】阚世光．两用低位放顶煤液压支架及使用『ＪＩ．煤矿开采， ２０１ １，１６（５）：６１—６２． ［１０】王国法，等．液压支架技术【Ｍ】．煤炭工业出版社，１９９９． 作者简介： 张海建（１９８５一），男，汉族，河北唐山人，学士学位，２００９年 毕业于沈阳理工大学，助理工程师，主要从事液压支架研发。
