ZY15000/25/55D型液壓支架的研制

姜亞楠

(山西晉城煤業(yè)集團 金鼎公司,，山西　晉城　048006)

摘要：介紹了大采高工作面的地質條件，確定了支架參數(shù),，并總結了支架的設計特點,，重點敘述了支架制造工藝水平和控制系統(tǒng)的組成及特點,，可為煤礦支護設備研制參考人員提供。

關鍵詞：液壓支架,；大采高,；高可靠；研制

1　研制背景

大采高工作面具有回采率高,、單工作面產(chǎn)量大,、生產(chǎn)工藝簡化、可一次采全厚等特點,。目前,，隨著人們對能源需求的不斷增加，各礦井為提高效益也在不斷加大單工作面產(chǎn)量,，大采高工作面布置越來越多,，煤礦企業(yè)應用大采高支架也越來越多。

某煤礦大采高工作面概況如下：井田內穩(wěn)定可采煤層為山西組的3號煤層和太原組的15號煤層,，開采深度為620 m～360 m,。3號煤層：位于山西組下部，煤層最厚6.91 m(2 170,、2 133孔),，最薄1.65 m(DN03孔)，平均厚度4.74 m,。煤層穩(wěn)定,，厚度變異系數(shù)為21.09%，可采系數(shù)為100%,，為全井田可采之穩(wěn)定煤層,。該煤層結構簡單，一般含夾矸0～2層,，最多達6層(2 040孔),，以上部及下部夾矸較為常見，井田內煤層厚度變化規(guī)律明顯,，東部,、北部和西部煤層厚度一般在5.0 m以上，中部及南部煤層厚度變薄,，一般在3 m～4 m左右,。煤層頂板為粉砂巖、泥巖或砂巖,，底板為泥巖或粉砂巖,。工作面切眼長度設計為250 m，順槽長度為1 846 m,。工作面順槽斷面為矩形斷面(寬5.5 m×高3.8 m),。

根據(jù)該煤礦目前煤層的賦存條件,，研究井下首采區(qū)地質條件，對支架的高度,、工作阻力及穩(wěn)定性和可靠性等進行合理的分析,，提供滿足其今后發(fā)展要求的液壓支架，是實現(xiàn)支架的高智能化,、高可靠性、安全性和實用性,，更好地滿足礦井長期煤炭生產(chǎn)的需要,。

2　支架研制主要內容

2.1　合理選擇支架參數(shù)

(1) 根據(jù)該煤礦工作面地質條件、礦井現(xiàn)有提升和運輸條件并結合目前國內液壓支架研制水平,，進行支架合理支護高度分析,，確定支架最大高度為5.5 m。

(2) 根據(jù)煤礦煤層實際地質條件,，通過對5.5 m支架工作阻力進行經(jīng)驗估算,、理論計算、數(shù)值模擬,，并與類似工作面生產(chǎn)情況進行對比分析,，發(fā)現(xiàn)對于5.5 m支架而言，15 000 kN的支架工作阻力較為合理,，能夠滿足工作面頂板的正常維護要求,，有利于改善工作面存在的條件，提高工作面的安全系數(shù),，最大限度地提高礦井效益,。

(3) 支架型號為ZY15000/25/55D(兩柱掩護式+伸縮頂梁+鉸接式三級護幫)，其可配套設備為：采煤機MG1100/2860-WD(太礦),；刮板輸送機 SGZ1250/3×1 200,。

支架額定工作阻力為15 000 kN(p=38.2 MPa)；支架額定初撐力為12 370 kN(p=31.5 MPa),。支架高度為2 500 mm～5 500 mm,；支架中心距為2 050 mm；支架支護寬度為1 880 mm～2 130 mm,；支架平均支護強度為1.2 MPa～1.3 MPa,；平均底座比壓為2.6 MPa～2.8 MPa；適應煤層傾角≤10°,；操縱方式為電液控制,；梁端距控制在550 mm左右；伸縮梁行程為800 mm,。

2.2　支架結構設計特點

(1) 頂梁和掩護梁間夾角在175°～178°時有機械限位,，此時平衡千斤頂尚有一定的富余液壓行程,，使平衡千斤頂不會受到機械力的過度拉伸，保護了平衡千斤頂及其連接耳板,；支架在最大高度,、頂梁前傾15°時，頂梁和掩護梁間有機械限位,；當支架降到最低時,，底座和前連桿之間有機械限位裝置。

(2) 基本架在2.55 m～5.5 m時的梁端距變化范圍為479 mm～596 mm,，總變化量為117 mm,，采高5.0 m時不超過505 mm。

(3) 支架頂梁后部和掩護鉸接處采用“屋檐式”設計,，從而保證了支架頂梁與掩護梁之間連接處不漏煤,；并確保活動側護板伸出時的側向密封,，頂梁和掩護梁側護板上的安裝工藝孔均有擋板封閉,。

(4) 支架的底座采用整體半剛性結構，底座兩邊箱體通過前部過橋和后部箱體連接成整體,，底板完全開檔,，確保底座排煤通暢；支架立柱采用壓板結構固定,，推移千斤頂與底座的連接采用擋塊加橫銷的結構型式,，抬底裝置安裝和拆卸空間加大，使立柱,、推移千斤頂和抬底裝置等均能獨立安裝拆卸,、互不影響，方便井下設備的檢修和維護,。

(5) 支架的所有銷軸及相應連接件等表面都鍍鋅,、并涂抹黃油后安裝。四連桿機構和頂梁與掩護梁間的連接軸采用基孔制間隙配合,，保證四連桿機構的銷孔間隙在0.4 mm～0.75 mm之間,，最大不超過0.75 mm；四連桿機構耳檔橫向間隙為8 mm,，檔寬公差設計為(0,，-2)，耳座寬度公差設計為(+2,，0),，以保證四連桿機構連接處的橫向間隙在4 mm～8 mm范圍內變化，最大不超過8 mm,。通過間隙控制,，提高了支架的穩(wěn)定性,。

2.3　支架制造工藝特點

支架嚴格按原材料的相關加工工藝進行加工，下料板材采用數(shù)控切割,，全部噴砂除銹,，采用機器人切割坡口、機器人焊接,，并對結構件進行探傷,、去應力，焊后整體噴砂,，保證了支架的內在和外部質量,。為保證大采高支架的穩(wěn)定性，四連桿與底座,、掩護梁鉸接點設計配合間隙小，并采用零件預鏜孔,、組焊并時效處理后整體加工孔的工藝方案,，使其滿足使用要求。

2.4　支架控制系統(tǒng)特點

液壓支架電液控制系統(tǒng)主要部件包括地面中央主控機,、井下順槽控制器,、井下服務器、支架控制器,、電源模塊,、電液控制閥組、壓力傳感器,、位移傳感器和紅外發(fā)射接收器等,。

工作面支架控制可以實現(xiàn)單機手動控制、單機順序控制和多臺支架成組順序控制等,。整個系統(tǒng)包括服務器,、電源模塊、ProfiBUS總線被動診斷裝置,、支架控制器,、電液控制閥組、各種傳感器,、各種中繼器,、連接模塊以及各種連接電纜等。

電液控制系統(tǒng)的主要特點是：①通用性強,，可以與其他公司的產(chǎn)品進行互換,；②通過監(jiān)控傳感信號，可以有效改善頂板的管理,；③可以對工作面三機進行系統(tǒng)集成控制,；④大幅度提高了支架的推移速度,，移架步距準確；⑤電液控制系統(tǒng)的程序可以靈活選擇多種控制方式,，對各種地質,、工況條件和局部特殊地質構造都能適用，并可以根據(jù)用戶的需求進行修改,；⑥具有安全保護功能,，例如聲光報警、急停,、連鎖,、漏電保護、支架壓力保護,、頂板壓力保護等,；⑦具有紅外線定位功能，準確監(jiān)測采煤機的運行方向和位置,。

電液控制閥組的優(yōu)點是：①部件采用模塊化結構,；②前、后兩端各有一個電氣接口以供用戶選用,；③電磁閥通過附加的接口板可與其他生產(chǎn)商的液壓單元配合使用,；④所有部件均采用防銹材料，可確保器件的抗腐蝕性以及使用壽命,；⑤有效縮短了電磁閥響應時間以及開關時間,，同時減少了液壓介質對器件的污染；⑥使用行業(yè)通用接口作為標準電氣接口,，同時也能按照客戶的特定要求采用其他電氣接口,；⑦開關動作無需通過機械部件來完成，幾乎沒有磨損,，電磁閥屬于免維護型電磁閥,；⑧閥芯可作為整體元件替換，故障情況下在井下簡單地更換閥芯即可,。

3　使用情況

ZY15000/25/55D型大采高液壓支架已批量生產(chǎn),，并在煤礦井下安裝使用。該支架在該集團已投入使用的支架中,，支護高度最高,、立柱缸徑最大、護幫高度最高,，具有完備的電液控制系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng),，能夠滿足少人工作面自動化操作和遠程控制要求。該液壓支架經(jīng)過5萬次的型式試驗，取得煤安證書,。各項性能指標達到了世界領先水平,，充分展示了國內企業(yè)的制造能力和水平。

Development of ZY15000/25/55D Typed Hydraulic Support

JIANG Ya-nan

(Shanxi Jincheng Anthracite Mining (Group) Kingding Mining and Machinery Co., Ltd., Jincheng 048006, China)

Abstract： This paper introduces the geological conditions of large mining height, determines the support parameters, and sums up the design characteristics of stents. The paper puts emphasis on the manufacturing technology of stent and the composition and characteristics of control system, which can be used for reference in the coal mine support equipment development.

Key words： hydraulic support; large mining height; high reliablity; development

文章編號：1672- 6413(2016)03- 0212- 02

收稿日期：2015- 07- 17,；

修訂日期：2016- 03- 20

作者簡介：姜亞楠(1983-),，女，山西晉城人,，助理工程師,，本科，主要從事液壓支架制造,。

中圖分類號：TD335+.4

文獻標識碼：B