劉化江 李堅(jiān)第

（山東景閏工程研究設(shè)計(jì)有限公司，日照 276800）

自20世紀(jì)50年代液壓支架率先在英國研制成功以來，它極大地提高了煤礦地下開采的工作環(huán)境和安全度。我國在20世紀(jì)70年代開始引進(jìn)和研制國產(chǎn)液壓支架。

液壓支架歷經(jīng)多年的不斷發(fā)展和完善，作為綜采工作面的三大配套核心設(shè)備之一[1]，投資占比為配套設(shè)備總投資的60%以上，直接影響工作面生產(chǎn)安全和高效回采，一直備受重點(diǎn)關(guān)注和研究。目前，我國液壓支架的種類、產(chǎn)量及適用性方面均排世界首位[2-4]。

掩護(hù)式支架ZY2800/16/33型屬于ZY系列掩護(hù)式液壓支架，為20世紀(jì)80年代研制成功、較為成熟的一款液壓支架，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)許多礦山的長壁綜合開采工作面。該款支架工作阻力為2800 kN，支架最小高度為1600 mm，支架最大高度為3300 mm。

ZY2800/16/33型掩護(hù)式液壓支架在某礦井引進(jìn)使用，經(jīng)長時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，支架暴露出很多設(shè)計(jì)配套等方面的不合理情況[5-7]。經(jīng)過認(rèn)真分析研究，決定對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造。

1 改造前存在的問題

1.1 作業(yè)空間小

當(dāng)液壓支架移架前進(jìn)且未推溜時(shí)，由于立柱傾斜布置且頂梁較短，工作面作業(yè)空間非常窄小。當(dāng)遇到采煤機(jī)組通過等特殊情況時(shí)，存在一定的不安全因素[8-10]。

1.2 護(hù)頂護(hù)幫效果差

液壓支架護(hù)幫板窄而短，當(dāng)支架靠齊排列時(shí)，支架與支架護(hù)幫板間隙大，支架護(hù)幫板無上擺角，支架支撐頂板的有效阻力小，容易造成煤壁和頂板碎石的跨落，從而影響工作面的生產(chǎn)作業(yè)安全。另外，支架原護(hù)幫板在工作面現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)護(hù)幫、護(hù)頂效果也比較差[11-13]。

1.3 立柱的應(yīng)用效果差

液壓支架采用二節(jié)加長式立柱，加長段采用機(jī)械加長桿，立柱升架和降架過程中加高打二節(jié)時(shí)極為煩瑣，無形之中增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度[14-15]。工作面頂?shù)装鍓毫ψ兓?，立柱加高煩瑣打二?jié)時(shí)工人不斷拆卸和安裝，不僅增加了作業(yè)時(shí)間，而且極不安全。

2 技術(shù)改造實(shí)施方案

2.1 增大作業(yè)空間

經(jīng)過研究并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，將推桿加長15 cm可以增大作業(yè)空間，改善工作過程和環(huán)境存在的不安全因素，見圖1。

2.2 增強(qiáng)護(hù)頂護(hù)幫效果

護(hù)幫板加寬加長，可使支架與支架護(hù)幫板間隙更加緊湊，有效避免煤壁垮落傷人和損壞設(shè)備等不安全因素，增強(qiáng)了支架的護(hù)幫和護(hù)頂效果，見圖2[16-17]。

2.3 改進(jìn)立柱支護(hù)方式

立柱采用雙伸縮型，利用乳化液泵站的壓力及液壓傳動(dòng)原理伸縮立柱，可在較大范圍內(nèi)適應(yīng)煤層厚度的變化，且可在井下隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了支柱對(duì)煤層變化的適應(yīng)性，見圖3[18-19]。

3 改造后液壓支架支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

經(jīng)過改造后的ZY2800/16/33型液壓支架如圖4所示[20]。

3.1 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度

經(jīng)驗(yàn)計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度為：

式（1）中：Pt為支護(hù)強(qiáng)度，單位為MPa；K為頂板巖石厚度系數(shù)，取值為7.0；g為重力加速度，取9.8 m·s-2；H為采高，取3.0 m；γ為巖石容重，取2.4 t·m-3。將相關(guān)數(shù)值代入式（1），計(jì)算可得Pt為493.92 kN·-2，即約為0.5 MPa。

ZY2800/16/33型掩護(hù)式支架支護(hù)強(qiáng)度為0.66 MPa， 由支架所在工作面礦壓參數(shù)知工作面支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)大于0.47 MPa。因?yàn)橹Ъ茉O(shè)計(jì)強(qiáng)度（0.66 MPa）＞計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度（0.5 MPa）＞實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度（0.47 MPa），所以改造后ZY2800/16/33型掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度可以滿足工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的支護(hù)要求。

3.2 支架阻力驗(yàn)算

根據(jù)容重法計(jì)算，有：

式中：K為頂板巖石厚度系數(shù)，取值為7；g為重力加速度，取9.8 m·s-2；H為采高，取3.0 m；γ為巖石容重，取2.4 t·m-3；sA為支護(hù)面積，取1.50 m×3.78 m。將相關(guān)數(shù)值代入式（1），計(jì)算可得q為2800.53 kN。由于支架合理工作阻力（2850 kN）大于現(xiàn)場(chǎng)支架支護(hù)阻力（2800.53 kN），因此ZY2800/16/33型掩護(hù)式支架改造后的工作阻力可以滿足工作面支護(hù)要求。

4 結(jié)語

（1）ZY2800/16/33型支架技術(shù)經(jīng)改造后，支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力均滿足支護(hù)要求，同時(shí)增大了作業(yè)空間，改善了護(hù)頂護(hù)幫效果，增強(qiáng)了支柱對(duì)煤層變化的適應(yīng)性。

（2）ZY2800/16/33型支架技術(shù)改造后增加了經(jīng)濟(jì)效益。ZY2800/16/33型支架經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)提升改造后，技術(shù)參數(shù)更加合理，不僅大大提高了安全系數(shù)和工作效率，而且改善了綜采工作面的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，可以節(jié)省90%的立柱維修費(fèi)用，具有較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）ZY2800/16/33型支架技術(shù)改造后提升了社會(huì)效益。支架經(jīng)改造應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)后，避免了作業(yè)煩瑣增加時(shí)長而造成的生產(chǎn)中斷的問題，提高了采礦效率，完善了支護(hù)工藝，改善了工人在綜采面的作業(yè)環(huán)境，降低了開采時(shí)發(fā)生頂幫垮塌導(dǎo)致的傷人毀物事故發(fā)生的概率。