劉成峰

(1.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學(xué)研究總院 開(kāi)采研究分院，北京 100013)

大采高液壓支架三級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理

劉成峰1，2

(1.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學(xué)研究總院 開(kāi)采研究分院，北京 100013)

分析了不同護(hù)幫結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合大采高綜采支架實(shí)例，確定了合理的護(hù)幫長(zhǎng)度，在此基礎(chǔ)上，研究了大采高液壓支架三級(jí)護(hù)幫合理的結(jié)構(gòu)，介紹了其具體動(dòng)作原理。實(shí)踐證明，該結(jié)構(gòu)能夠?qū)μ睾衩簩映蟛筛吖ぷ髅婷罕谶M(jìn)行有效防護(hù)。

液壓支架；三級(jí)護(hù)幫；護(hù)幫結(jié)構(gòu)；伸縮梁

近年來(lái)大采高綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)在我國(guó)發(fā)展迅速，逐漸成為我國(guó)7m以上厚煤層主要開(kāi)采方法之一，目前最大開(kāi)采高度已達(dá)8m。隨著采高的加大，煤壁發(fā)生片幫幾率也隨之加大。煤壁片幫極易誘發(fā)端面冒頂，二者相互影響，形成惡性循環(huán)，使工作面開(kāi)采條件進(jìn)一步惡化，從而引發(fā)頂板安全事故,不僅影響大采高綜采工作面的正常生產(chǎn)，而且還威脅生產(chǎn)人員人身安全。因此，控制和預(yù)防煤壁片幫是大采高工作面能否成功開(kāi)采的關(guān)鍵。實(shí)踐表明，合理的護(hù)頂、護(hù)幫機(jī)構(gòu)可在一定程度上控制煤壁片幫、防止端部頂板冒落。

1 護(hù)幫結(jié)構(gòu)形式

1.1 護(hù)幫結(jié)構(gòu)形式介紹

目前大采高液壓支架常用3種護(hù)幫機(jī)構(gòu)，分別為單護(hù)幫板機(jī)構(gòu)(圖1)、伸縮梁帶護(hù)幫板連體結(jié)構(gòu)(圖2)、伸縮梁與護(hù)幫板分體結(jié)構(gòu)(圖3)。其中，伸縮梁帶護(hù)幫板連體結(jié)構(gòu)是指護(hù)幫板安裝在伸縮梁前部，伸縮梁伸出時(shí)護(hù)幫板隨之一起伸出；而伸縮梁帶護(hù)幫板分體結(jié)構(gòu)是指護(hù)幫板安裝在頂梁前部，伸縮梁與護(hù)幫板分開(kāi)動(dòng)作，即伸縮梁伸出時(shí)護(hù)幫板不隨之一起伸出。

研究表明[1]，伸縮梁和護(hù)幫板分體式護(hù)幫機(jī)構(gòu)對(duì)抑制煤壁片幫更為有利，防片幫效果較好，主要表現(xiàn)是伸縮梁主要對(duì)端面頂板進(jìn)行防護(hù)，而護(hù)幫板則對(duì)煤壁穩(wěn)定性進(jìn)行維護(hù)，兩者分開(kāi)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了功能分開(kāi)，操作時(shí)更為自由；同時(shí)避免了連體式結(jié)構(gòu)由于伸縮梁前端重量較大，伸縮梁全部伸出時(shí)，伸縮梁前端容易下垂，伸縮梁接頂性差，基于以上考慮，決定采用伸縮梁和護(hù)幫板分體式護(hù)幫結(jié)構(gòu)。

圖2 伸縮梁與護(hù)幫板連體結(jié)構(gòu)

圖3 伸縮梁與護(hù)幫板分體結(jié)構(gòu)

1.2 護(hù)幫長(zhǎng)度確定

研究表明[2]，硬煤在頂板壓力作用下煤壁發(fā)生正弦波式的彎曲變形，距底板0.65倍采高處煤壁側(cè)向位移最大，此處將首先失穩(wěn)。因此，護(hù)幫長(zhǎng)度應(yīng)不小于最大采高的0.35倍。6.5m以下大采高液壓支架，目前多采用二級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。以紅柳林7m大采高綜采液壓支架為例，其最大采高6.8m，易知護(hù)幫長(zhǎng)度應(yīng)不小于2.38m。圖5為三級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)形式，對(duì)比圖4、圖5可知，三級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)的有效護(hù)幫長(zhǎng)度明顯大于二級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)，護(hù)幫高度3.26m，有效護(hù)幫長(zhǎng)度即護(hù)幫板與煤壁接觸高度達(dá)2.25m，護(hù)幫優(yōu)勢(shì)明顯。

圖4 二級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)形式

圖5 三級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)形式

2 三級(jí)護(hù)幫板動(dòng)作及控制原理

較二級(jí)結(jié)構(gòu)而言，三級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)動(dòng)作較為復(fù)雜，其動(dòng)作順序要求在采煤機(jī)割煤經(jīng)過(guò)支架后(圖6)，伸縮梁應(yīng)先伸出，以維護(hù)端面頂板；隨后一級(jí)護(hù)幫板帶動(dòng)整體護(hù)幫機(jī)構(gòu)打開(kāi)，當(dāng)二級(jí)護(hù)幫板與煤壁接觸后(圖7)，一級(jí)護(hù)幫板將繼續(xù)上挑，使二級(jí)護(hù)幫板完全貼合煤壁(圖8)，最后三級(jí)護(hù)幫板打開(kāi)(圖5)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤壁的防護(hù)，防止煤壁片幫。當(dāng)完成推溜，要拉架時(shí)，其動(dòng)作順序要求與護(hù)幫機(jī)構(gòu)展開(kāi)時(shí)順序相反，首先三級(jí)護(hù)幫板收回(圖8)，隨后一級(jí)護(hù)幫板帶動(dòng)整個(gè)護(hù)幫機(jī)構(gòu)收回(圖3)，最后收回伸縮梁(圖6)。

圖6 采煤機(jī)割煤經(jīng)過(guò)支架后狀態(tài)

圖7 伸縮梁伸出二級(jí)護(hù)幫板接觸煤壁狀態(tài)

圖8 伸縮梁伸出二級(jí)護(hù)幫板貼合煤壁狀態(tài)

要實(shí)現(xiàn)上述護(hù)幫機(jī)構(gòu)動(dòng)作順序要求，必須對(duì)護(hù)幫機(jī)構(gòu)液壓控制原理重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。一、二、三級(jí)護(hù)幫千斤頂均需要進(jìn)行位置控制，因此每個(gè)護(hù)幫千斤頂需設(shè)計(jì)液控雙向鎖。其中，伸、收一級(jí)護(hù)幫千斤頂時(shí)，必須保證二級(jí)護(hù)幫千斤頂保持在伸出狀態(tài)，所以二級(jí)護(hù)幫千斤頂液控雙向閥需并聯(lián)交替雙向控制閥，而收一級(jí)護(hù)幫千斤頂同時(shí)要求三級(jí)護(hù)幫千斤頂首先收回，以防一級(jí)護(hù)幫收回時(shí)，三級(jí)護(hù)幫板在伸出位置，導(dǎo)致三級(jí)護(hù)幫板與支架立柱及頂梁干涉，所以在一級(jí)護(hù)幫千斤頂上腔供液千斤頂收回的液路上設(shè)計(jì)有單向順序閥及交替單向閥，最終設(shè)計(jì)三級(jí)護(hù)幫機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)控制原理如圖9所示。

圖9 三級(jí)護(hù)幫機(jī)構(gòu)液壓控制原理

由圖9可知，當(dāng)支架液壓控制系統(tǒng)向一級(jí)護(hù)幫千斤頂下腔供液一級(jí)護(hù)幫伸出時(shí)，工作液通過(guò)交替雙向控制閥向二級(jí)護(hù)幫千斤頂上下腔同時(shí)供液，二級(jí)護(hù)幫保持伸出狀態(tài)，直到二級(jí)護(hù)幫板完全貼合煤壁。當(dāng)操作換向閥使液壓控制系統(tǒng)向一級(jí)護(hù)幫千斤頂上腔供液要使一級(jí)護(hù)幫收回時(shí)，工作液首先通過(guò)交替單向閥向三級(jí)護(hù)幫千斤頂上腔(活塞桿腔)供液，保證三級(jí)護(hù)幫收回操作，當(dāng)三級(jí)護(hù)幫完全收回并使三級(jí)護(hù)幫千斤頂上腔達(dá)到控制系統(tǒng)壓力時(shí)，工作液打開(kāi)單向順序閥向一級(jí)護(hù)幫千斤頂上腔供液，同時(shí)工作液也通過(guò)交替雙向控制閥向二級(jí)護(hù)幫千斤頂上下腔供液，使二級(jí)護(hù)幫保持在伸出狀態(tài)，一級(jí)護(hù)幫帶動(dòng)三級(jí)護(hù)幫機(jī)構(gòu)安全收回。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)超大采高綜采工作面護(hù)幫結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)作順序、控制原理進(jìn)行了分析，確定了合理的護(hù)幫結(jié)構(gòu)、護(hù)幫長(zhǎng)度和動(dòng)作順序，解決了超大采高工作面護(hù)幫板設(shè)計(jì)難題，為類似問(wèn)題的解決提供參考。目前，此三級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)已在陜煤紅柳林煤礦、兗礦集團(tuán)金雞灘煤礦大采高液壓支架得到應(yīng)用，護(hù)幫效果明顯。

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[責(zé)任編輯：徐亞軍]

Three Level Side Protection Structure and Movement Principle of Hydraulic Support with Large Mining Height

LIU Cheng-feng1，2

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China；2.Mining Institute，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China)

The structure characters of different side protection structure form were analyzed，based on example of fully mechanized mining supporter with large mining height，based on it，reasonable structure of fully mechanized mining supporter with large mining height was studied，it introduced its movement principle.The practical showed，the structure could proved an effective protection for working face with large mining height and extra thickness coal seam.

hydraulic support，three level side protection，side protection structure，extensible beam

2016-12-07

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.03.011

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)資助項(xiàng)目(2014CB046302)：深部圍巖自適應(yīng)支護(hù)原理及系統(tǒng)創(chuàng)新理論；天地科技公司研發(fā)項(xiàng)目(KJ-2014-TDKC-03)：8m超大采高綜采總體配套模式與關(guān)鍵技術(shù)可行性研究。

劉成峰(1973-)，男，山西陽(yáng)泉人，工程師,碩士,現(xiàn)從事液壓支架設(shè)計(jì)工作。

劉成峰.大采高液壓支架三級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理[J].煤礦開(kāi)采，2017，22(3)：34-36.

TD355.41

A

1006-6225(2017)03-0034-03