趙光明

(山西晉城煤業(yè)集團 金鼎公司，山西 晉城 048006)

1 軟煤層支架的研制背景

軟煤工作面有頂板軟、底板軟、煤質軟的特征，軟煤層的重要特點是頂板破碎、煤層流瀉從而導致工作面片幫冒頂次數多，工作面頂板難以控制，嚴重影響工作面的正常推進。開采軟煤層時，頂板允許暴露的時間短、面積小。若頂板得不到及時支護極易發(fā)生漏頂事故，且漏頂范圍可能會越來越大，導致大面積冒頂。為了防止軟煤層破碎頂板發(fā)生漏垮，必須在局部崩塌前就妥善控制頂板，防止局部漏頂范圍的進一步擴大，因此冒頂后要求支架能及時升高接頂，支架護幫高度相應增加。破碎頂板的漏頂不僅發(fā)生在支架架縫，更多地發(fā)生在支架梁端位置，故對軟煤層工作面來說應盡量減小支架梁端距。由于一般支架不能支撐到煤壁，因此要求支架頂梁伸縮機構可及時伸出進行超前支護，并配合護幫板控制片幫，同時支架不能陷底前傾，要使支架前端有效接觸頂板?；夭芍幸笊炜s梁及時伸出以減小梁端距，大面積冒頂時護幫打起能有超前5 m的支護空間。為此開發(fā)了具有大伸縮長度伸縮梁、能安裝護幫斜撐機構、三級護幫、低接地比壓的軟煤層支架。

2 支架主要技術參數及使用條件

2.1 支架主要技術參數

支架型號為ZY12000/31/70(兩柱掩護式+伸縮頂梁+鉸接式二級護幫)，其主要技術參數如下：

高度(最低/最高)(mm)：3 100/7 000；

寬度(mm)： 1 750；

伸縮梁伸縮長度(mm)： 1 400；

初撐力(p=31.5 MPa)(kN)：7 918；

工作阻力(p=47.7 MPa)(kN)：12 000；

底板比壓(平均)(MPa)： 2.0；

泵站壓力(MPa)： 31.5。

2.2 使用條件

用于一次采全高回采工作面支護，工作面的傾角小于15°。

執(zhí)行標準：MT 312—2000液壓支架通用技術條件。

3 技術方案

該液壓支架屬于高端支架，主要由底座、頂梁、掩護梁、前后連桿、伸縮護幫機構、推移桿及側護板和電液控制系統(tǒng)等組成。

3.1 伸縮護幫機構

伸縮護幫機構由一級護幫板、二級護幫板、三級護幫板、托板和伸縮梁、護幫千斤、伸縮千斤和液壓系統(tǒng)組成。伸縮梁前部鉸接三級護幫板，中間鉸接拖板。托板和各級護幫板通過千斤、小連桿連接。支架通過伸縮千斤拉移伸縮梁帶動托板和護幫板伸縮支護，采煤機過后及時伸出支護。

一級護幫千斤缸徑為Φ140 mm，一級護幫支護力為970 kN；二級護幫千斤缸徑為Φ125 mm，二級護幫支護力為770 kN；三級護幫缸徑為Φ80 mm，三級護幫支護力為316 kN。該伸縮護幫機構三級護幫總高度為4 000 mm，可有效起到護幫及防護作用。傳統(tǒng)護幫千斤頂分別由獨立的雙向鎖控制，各級護幫與護幫之間分別動作，操作速度慢，很容易誤操作將支架上的膠管壓斷，而且不利于協(xié)調動作，不能高效地對煤壁進行可靠保護。而該伸縮護幫機構液壓系統(tǒng)通過聯(lián)動雙向鎖實現了只操作一個開關即可實現一級護幫到三級護幫的有序動作，滿足了實際使用的需要，操作時間比傳統(tǒng)操作方式減少三分之一。

3.2 頂梁

頂梁前端承載能力為5 220 kN，伸縮梁伸出后承載能力為2 500 kN,側推套筒和彈簧套筒充分利用了頂梁柱窩和伸縮梁上部的空間，在減少了頂梁后部長度的同時，使得頂梁伸縮機構的整體設計合理化。

3.3 底座

底座前部合理延伸，通過計算使底座尖端對地比壓降為2.5 MPa，滿足軟底條件下底板比壓要求(松軟底承載強度小于6 MPa)。

3.4 護幫斜撐裝置

護幫板前端可承受力的大小不僅與護幫千斤支撐力有關，同時與千斤軸線到護幫板回轉點的垂直距離成正比，因此在千斤力一定的情況下必須增大力臂。護幫斜撐裝置在支架頂梁上設置支撐千斤和操縱千斤，操縱千斤可以操縱支撐千斤擺動到護幫板任意位置并頂到護幫板上，起到強力支撐作用，還可以使支撐千斤擺動到與立柱平行位置，使護幫板能順利收回。由于支撐千斤力臂很大，因此護幫作用明顯增大。支撐千斤不與護幫板連接，可以自由擺動；支撐千斤可收于立柱間，不影響護幫板的正常使用。

4 軟煤層支架的創(chuàng)新點

(1) 大多數支架護幫總高度為2.8 m左右，雖然有些大型礦井支架采用三級護板，使護幫總高度達到了4 m，但由于沒有護幫斜撐機構，護幫千斤的力臂較小，還不到護幫斜撐機構的七分之一，護板力較小，不能滿足軟煤層易片幫需要較大護幫力的要求。護幫斜撐裝置的千斤頂可直接頂到護幫板中部，極大地增加了護板力，普通伸縮護幫機構護幫力臂為150 mm,而安裝了護幫斜撐機構使護幫力臂可達850 mm。

(2) 目前，大多數支架伸縮梁可伸量為800 mm，該支架伸縮梁總長為1.4 m，不僅可以及時封閉采煤機截割800 mm空間，還可以在不拉架情況下超前封閉600 mm的梁端距空間，有效地減少了片幫冒頂。護幫板總高度為4 000 mm，護幫板打平后，總的可伸出支護長度達5.2 m，在發(fā)生大面積冒頂時能及時支護，對軟煤層有良好的適應性。

(3) 立柱前端底座長度較長，大大降低了底座前端比壓，解決了掩護式支架容易陷底影響正常推移的問題。 一般支架底座柱窩中心到底座前端距離為1.2 m，該支架為1.5 m，有效降低了前端比壓。在12 000 kN工作阻力、5 m高度下，底座尖端比壓可由原先3.7 MPa降到2.5 MPa。

(4) 抬底千斤可以在前部直接拆出，推移連接件采用鍍鉻不銹鋼材料方便推移千斤的更換。

(5) 該支架高寬比大，在不增加運輸寬度的條件下增大了采高。

5 應用效果

該支架嚴格按高端支架加工工藝進行加工，對焊件進行全檢、探傷、去應力，操作人員經過國內專門機構培訓具有相應資質，保證了制造質量。通過嚴謹的結構和強度設計保證了支架的穩(wěn)定性、適應性和可靠性。該支架已通過煤科院型式循環(huán)加載試驗，取得煤安標志。

使用軟煤層支架進行井下工業(yè)性試驗，工作面共推進600 m。支架在井下進行了正常采煤支護作業(yè)，即支架進行了升降、推移、伸縮等動作，驗證了支架對采煤工作面的適應性。支架支護的機械化作業(yè)能夠順利實施，為井下工作面的安全生產和綜采工作面的正常運行提供了有力支撐。試驗結果說明：支架能夠適應軟煤層工作面使用要求。有利于減少工作面片幫冒頂，解決支架陷底影響推移的問題，減輕了工人繁重的體力勞動，提高了支護的安全性。該支架為大采高綜采工作面安全、快速、高效、順利通過軟煤區(qū)提供了設備支持，降低了工人處理片幫冒頂在工作面打木垛、穿板梁、煤幫打柱、注漿等現場作業(yè)的威險性。支架的適應性、可維護性好，降低了工人勞動強度，且能節(jié)約大量材料費用(包括板梁、凝固劑、冒頂排矸設施等費用)。該支架伸縮護幫支護范圍國內最大，為軟煤層工作面的有效支護，解決工作面片幫冒頂做出了有益的探索。