煤矿井下ZT92001935 超前支护替棚支架的研制.pdf

煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.31No.04 Apr. 2010 第31卷第04期 2010年04月 1煤矿井下超前支护段现状 现代综合机械化开采的矿井中，尤其是在回采 采煤工艺中，随着采煤工作面的推进，工作面两端 的巷道随之发生破坏，采煤工作面移动的后方的巷 道垮落，工作面附近的巷道也变得不稳定。 但是工 作面两端巷道即是综机设备聚集地又是原煤、综机 设备、材料等运输的必经之路，因此国家煤矿安全 生产规程明确规定，工作面两巷加强支护段不得少 于20 m。 但是目前我国煤矿对此段的“加强支护”办 法甚少，不仅效率低，而且影响高产高效工作面的 推进，甚至因为在行进中支护完全依靠人力而屡有 安全事故发生。 2超前支护替棚支架的用途 超前支护替棚支架正是针对上述现有技术的 不足，而提供一种结构科学可靠并且符合井下安装 使用条件的巷道超前支护支架。 超前支护替棚支架 主要用于采煤工作面液压支架端头前方转载机和 破碎机上部顶板及侧壁的维护，以替代我局超前支 护段“一梁三柱”及“一梁四柱”的顶板管理现状。 明 显降低了采煤工人的劳动强度，减少了工人频繁搬 运单体支柱、撤换铰接顶梁及梁木的次数，提高了 劳动效率，尤其在顶板不易破碎情况下，将大大提 高超前支护段的推进效率。 3超前支护替棚支架的结构介绍 ZT9200/19/35型巷道超前支护替棚液压支架是 根据综采工作面顺槽随回采推进，将巷道永久支护 替换为临时超前支护的具体条件而设计的一种支 架，支护巷道受采动影响的超前支护段的顶板。 ZT9200/19/35型巷道超前支护替棚液压支架结 构简单，每一架由前、中、后3节组成，前节的顶梁 后部与后节的中间梁相连，前节的底座后部与后节 的底座前部通过连接头、移架千斤顶相连，前后互 为依托，达到移架的目的。 用户可根据加强支护段 长设16组支架。 如图1。 图1超前支护替棚支架结构形式图 1.前梁2.护顶板3.顶梁4.中间梁（替棚机构）5.中间梁千斤顶 6.立柱7.底座8.推移千斤顶9.伸缩梁 4超前支护替棚支架关键部件的受力分析、强度 校核及尺寸优化 4.1四连杆机构设计的要求 （1）支架高度在最大和最小范围内变化时，如图 1所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度e≤70 mm， 最好为30 mm以下。 煤矿井下 ZT9200/19/35 超前支护替棚支架的研制 张海荣， 贾国宪， 都军 （铁煤集团 机械制造有限责任公司， 辽宁 铁法112700） 摘要 超前支护替棚支架是煤矿井下液压支架技术的延伸和发展，主要用于解决煤矿井下受 采动影响超前支护段顶板的维护问题。ZT9200/19/35超前支护替棚支架工阻大，结构简单、适应性 强。 采用四连杆机构，并且布置在两立柱中间，顶梁受力效果好，并能承受一定的水平力、侧向力。 关键词 超前支护； 替棚支架； 研制 中图分类号TD355文献标志码B 文章编号1003 － 0794（2010）04 － 0123 － 03 Coal Mine Underground ZT9200/19/35 Advance Support for Development Alternative Shed-style Bracket ZHANG Hai-rong，JIA Guo-xian，DU Jun Tiefa Coal Machinery Manufacturing Co., Ltd., Tiefa 112700，China Abstract Advance support for the shelf bracket is a coal mine hydraulic extension and development of stent technology is mainly used to address the impact of mining coal mine subject to paragraph ahead of supporting the roof of the maintenance issues. ZT9200/19/35 advance support for the shelf supports public resistance large, simple structure, strong adaptability. Use of four-bar linkage, and the two column layout in the middle of the top beams good effect, and can withstand a certain level of force, lateral force. Key words advance support；alternative shed-style bracket；development 1 3 2 45 6 78 9 123 （2）支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与 掩护梁的夹角和后连杆与底平面的夹角Q， 应满足 如下要求 支架在最高位置时，P≤52～62，Q≤75～ 85；支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，防止矸 石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求 tanP＞W，如果钢和矸石的摩擦系数W0.3 ，则 P16.7。 为了安全可靠，最低工作位置应使P≥25为宜。 而 Q角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离，防 止支架后部冒落岩石卡住后连杆， 使支架不能下 降。一般取Q≥25～30，在特殊情况下需要角度较小 时，可提高后连杆下铰点的高度。 （3）从图2中可知，掩护梁与顶梁铰点e′和瞬 时中心O之间的连线与水平线夹角为θ。设计时，要 使θ角满足tan θ≤0.35， 其原因是θ角直接影响支 架承受附加力的数值大小。 （4）应取顶梁前端点运动轨迹双扭线向前凸的 一段为支架工作段，如图2所示的h段。其原因为当 顶板来压时， 立柱让压下缩， 使顶梁有向前移的趋 势，可防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的 摩擦力指向采空区。同时底板阻止底座向后移，使整 个支架产生顺时针转动的趋势， 从而增加了顶梁前 端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使底 座前端比压减小，防止啃底，有利移架。 水平力的合 力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。 从以上分析可知，为使支架受力合理和工作可 靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使e值 减小，取双扭线向前凸的一段为支架工作段。 图2四连杆机构几何特征 4.2四连杆机构几何作图法 四连杆机构设计是否合理直接影响着液压支 架的工作性能和受力状况。 为此优选设计四连杆机 构尺寸，意义重大。 现在大的设计院所及液压支架 制造厂家四连杆机构多采用计算机优选法。 由于缺 少相应的设计软件，这里主要采用几何作图法进行 四连杆机构的优化，再按液压支架四连杆机构的几 何特征进行校核，最终选出较优的四连杆机构的尺 寸。 用几何作图法确定四连杆机构的各部尺寸，具 体作法如图3（步骤略）。 图3超前支护替棚支架四连杆机构几何作图法 4.3四连杆机构干涉检查 利用三维软件Solidwork2008对四连杆机构的 各部件在最低最高及中间位置干涉情况进行模拟。 以保证设计完成的各部件在安装后间隙合理，动作 灵活，无别卡现象。 并且做出每升高100 mm时后连 杆与掩护梁下铰点 ， 前连杆与掩护梁中间铰点、掩 护梁上铰点与顶梁铰点，即图中的a、b、e1点的不同 位置图。 在Solidwork2008中完成主要结构件及立柱的 三维零件的设计后，按实际工况将三维零件进行装 配，并根据下一步的动作要求设置完成各部件的连 接关系。 然后在顶梁顶板与底座底板之间标注一高 度尺寸H,之后将底座固定，通过拖拽顶梁不断调节 顶梁与底座之间的高度H，确定支架最低、最高位置 四连杆的3个活动铰接点位置，并在拖拽过程中观察 各部件的干涉情况（说明如果发生干涉，干涉的两部 件将改变颜色）， 在Solidwork中可以非常直观地看 出。 然后将设计完成的部件安装在相应的铰点上 ，观 察各部件位置、间隙是否合理，进行相应的调整。 5超前支护替棚支架的工作原理 超前支护替棚支架的工作原理比较简单，如同 人行走时，双脚交替迈步前行。 如图4所示支撑状 态时，第1架立柱伸出，顶梁6和底座4分别支撑 巷道的顶、底板；自移行走时，前面一组（即图中1 架）中的1架降架，即立柱3收回，此时前梁千斤顶 1和防倒千斤顶11处于随动状态，顶梁1离开顶板 后，中间梁千斤顶9和移架千斤顶7伸出，由于后 面的支架处于支撑状态，前面的支架将被向前推移 一个千斤顶行程，然后其立柱3升起，支架处于支 撑状态；这时后面的支架立柱降低，顶梁离开顶板， 然后中间梁千斤顶9和移架千斤顶11缩回，将后面 的支架向前拉移了一个千斤顶行程； 之后前一架立 柱3升起，支架重新处于支撑状态；同理，与其并列 的另一架以同样过程被向前推移一个行程，支撑后， 后面的一架也跟着向前移动一个推移行程。 图4替棚支架工作原理图 1.前梁千斤顶2、3.立柱4.底座5、6.顶梁7.移架千斤顶8、9. 中间梁千斤顶10、11.防倒千斤顶 第31卷第04期Vol.31No.04煤矿井下ZT9200/19/35超前支护替棚支架的研制张海荣， 等 h e30 e1 pθ e o b b2 b3aa1 a2 o c2 c3 c1 1 2 3 4 5 678 9 10 1112 （a）1＃架（b）2＃架（c）3＃架 124 6结语 超前支护替棚支架作为一种新型的支护技术， 在设计以及使用、 维护方面还有很多需要完善、改 进的地方，对于不同的矿井、地质条件、不同的工况 其结构形式会有很大变化，还有很多问题有待进一 步研究、探讨。 参考文献 ［1］贾悦谦.综采技术手册［K］.北京煤炭工业出版社，1997. ［2］丁绍南.液压支架设计［M］.世界图书出版公司.1992 ［3］王国法.液压支架技术［M］.北京煤炭工业出版社，1998. 作者简介 张海荣（1975-），辽宁铁岭人，工程师，1998年7月 毕业于抚顺石油学院（现辽宁石油化工大学）化工机械与设备专业， 学士学位（继续教育本科2005年7月毕业于辽宁工程技术大学机械 工程及自动化专业），现工作于铁煤集团化工制品有限责任公司，综 合办公室主任，电子信箱jgx880. 责任编辑侯淑华收稿日期2009－11－13 新型充填生产用液压控制阀的设计 梁香过 （河北天择重型机械有限公司， 河北 邯郸056200） 摘要 介绍了在充填生产中使用的一种新型液压控制阀以及该阀的结构特点。 通过在煤矿 井下的工业性试验证明，该阀性能可靠,使用安全，具有明显的经济效益。 关键词 充填生产； 阀； 液压控制 中图分类号TH137.52 文献标志码B文章编号1003 － 0794（2010）04 － 0125 － 02 Design of New Valve of Hydraulic Control for Filling Production LIANG Xiang-guo Hebei Tianze Heavy Manchinary Co.,Ltd., Handan 056200, China Abstract A new kind of valve of hydraulic control and the structure characteristics that is used in filling production war introduced, it has been proved through the test in the coal mine that it is reliable in perance, safe in use, and has the obvious economic efficiency. Key words filling production; valve; hydraulic control 煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.31No.04 Apr. 2010 第31卷第04期 2010年04月 0引言 随着国家对煤矿开采沉陷防治的要求不断加 大，充填生产工艺得到了不断推广，越来越多的煤 矿生产矿井开始采用充填生产工艺来进行采煤生 产。 在充填生产工艺中，充填物为固液混合流体介 质，在输送过程中，固液混合流体介质输送的控制 及关启的控制元件为阀门，因固液混合流体介质由 砂石，水泥，水等物质组成，在阀门刚刚开启或即将 关闭时由于输送的膏体在沙子， 破碎的煤矸石，水 等压力作用，使得阀芯磨损严重，使用一段时间后 阀芯损坏致使填充膏体密封不严， 从而导致漏液， 影响正常生产。 1工作原理 通过了解分析，根据充填采煤工艺管道的特殊 结构形式，决定设计采用液压控制阀，为提高该阀 启闭功能的可靠性，采用双油缸控制。 工作原理是 由乳化液泵将加压乳化液经过控制部分进入油缸， 使得油缸可以进行伸缩动作，依靠油缸的伸缩来控 制阀门的开启，从而可以控制填充膏体的输送量。当 进行充填作业时，油缸活塞杆伸出，打开阀芯，充填 物通过阀门，进行充填生产；当需要停止充填作业 时，油缸活塞杆收回，从而关闭阀芯,阻止充填物通 过。 控制油缸活塞杆伸缩的长短可以控制充填物的 流量，从而达到科学合理进行充填作业。 该阀体结 构，有利于提高阀芯的关闭和开启的速度，在速度 控制方面液压缸的速度是由乳化液的流量多少控 制，可实现多种速度的变换，而且采用乳化液为工 作介质，与液压支架共用，具有良好的实用性。 2结构特点 液压控制阀的结构如图1所示。 图1液压控制阀结构组成 1.上连接板2.密封装置3.销轴4.阀体5.阀芯6、10.螺栓 7.下连接板8.冲洗装置9.连接杆11.油缸12.销轴 阀芯5由销轴3铰接到连接杆9， 连接杆9由 螺栓10联接到上连接板1形成一个整体； 阀体4 由螺栓6联接到下连接板7形成一个整体；密封装 1 2 3 4 5 6 7 8 6 7 10 12 11 12 125