综掘机载式液压临时支护机的研制与应用.pdf

第 1 5卷 第 1期 总第 9 2期 2 0 1 0年 2月 煤 矿 开 采 Co a l mi ni n g Te c hn o l o g y V o 1 ． 1 5 N o ． 1 S e r i e s N o ． 9 2 F e br u a r y 2 01 0 综掘机 载 式液压临时支护机 的研制 与应 用 李俊峰 ，刘斌 1 ．平煤股份 开拓处 ，河南 平顶 山 4 6 7 0 0 0 ；2 ．平煤股份二矿 ，河南 平顶 山 4 6 7 0 0 0 [ 摘要] 针对 目前煤矿锚杆支护巷道使用的临时前探梁所存在的缺点，研究开发了新型的机 载式液压临时支护机。详细介绍了这种新型巷道支护机的结构、参数及工作原理，并对其试验情况进 行 了详细的分析，认为使用该设备可以大大提高巷道的掘进速度并减轻工入的劳动强度。 [ 关键词] 综掘；机载式；临时支护机；护顶机械 [ 中图分类号]T I M2 1 ． 5 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 6 2 2 5 2 0 1 0 0 1 - 0 0 7 3 -02 De v e l o p me n t o f Te mpo r a r y Hy d r a ul i c ． pr e s s ur e Ca no p y Gu a r d f o r Ful 1 ． me c h a n i z e d Ro a d he a de r 推广煤 巷锚杆 网支护是我 国煤炭工业继 综采后的第二次支护技术革命 ，锚杆 网支 护 的应用范围和应用量在各类井巷支护 中所 占的比重 逐年上升。而 目前综掘锚杆 网支 护巷道普遍 采用掘进机切割工作完成后 对空顶 区进 行临时支 护 ，再进行锚网支护的工艺方式 ，其空顶区采用多 条前探梁 钢管或方钢沿巷道方 向悬 挂在顶板 上探至空顶 区，对顶板起到临时支护作用。但这种 临时支护的缺点有 前探梁对空顶区的支护没有初 撑力 ，安全可靠性差 ；前探梁与顶板为点接触 ，不 能对空顶区顶板进行有效保护 ；操作过程复杂 ，其 移动靠手工作业 ，支护作业时间长 ，劳动强度大 ， 相对减少 了掘进作业时间。 针对 目前煤矿锚杆支护巷道使用的l临时前探梁 所存在的缺陷，研究应用安全 、可靠 、快速的机载 式空顶区临时支护设备势在必行。 1 机载液压式空顶区临时支护设备 1 ． 1 技术 要求 采用与掘进 机叠加 的配套 方式 ，掘锚交叉 作 业 ，当掘进作业时将其退至掘进机的中部 ，不影响 掘进机切割 、装载作业 ，不干扰 司机的操作视线 ； 由油缸提供支撑力支护空顶 区；顶板支护时必须适 应倾斜巷道 ；必须考虑护 网与钢带 的托举 固定方 式 ；结构件必须有 足够 的强度 、刚度和使用寿命 ； 要求支护系统机 械化程度高 ，动作快捷 ，操作方 便 ，安全可靠 ，便于井下安装使用 。 机载式临时支护机主要折叠机构设置在掘进机 叉升架两侧 ，上部只有折叠框架和顶梁板匍匐于叉 升架上部 ，收拢后不影响司机操作 。主折叠油缸尾 部铰耳与掘进机叉升架铰轴同轴固定 ，主折叠架铰 接耳座与叉升架固定连接 。液压系统的双向锁 、安 全阀、节流阀、截止阀安装在各 自油缸体外 ，由掘 进 机提供高压液体通过操纵阀组进入各个油缸。 1 ． 2 结构设计与工作原理 在基本平面连杆机构的基础上 ，结合现有综掘 锚杆 网支护 工艺流程 、劳动组织 ，经课题组 反复研究 、筛 选 ，优 化机 构组合 方案 ，研 制 出了 z L J 一1 0 ／ 2 1 ／ 3 0型机载式液压临时支 护设备 ，结构 见图 1 。 1 一顶梁； 2 ～折叠架 ； 3 一第 1 折叠左架；4 一第 1 折叠右架； 5 ～加强框架 ；6 一摆动底座 ；7 一支撑架 图1 z L J 一1 0 ／ 2 1 ／ 3 0型机载式液压临时支护设备结构 机载式 临时支护机 由掩护梁 部件 、折叠架 部 [ 收稿日期]2 0 0 9一 O 8 1 9 [ 作者简介]李俊峰 1 9 6 3一 ，男，山东淄博人，工程师，从事煤矿工程施工与技术管理工作。 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第9 2期 煤 矿 开 采 2 0 1 0年第 1期 件、折叠左 右架体 、前 后 框架 、摆动底 座、连杆 、掩护梁 油缸 、折 叠架油 缸 、架体 主油 缸、架体副油缸 、摆动底座油缸、以及管路 、控制 阀等组成。工作时来 自 综掘机泵站的液压油经操纵 阀、液压锁进入油缸 。油缸推动连杆机构展开，使 掩护梁贴 紧顶板起 到支撑作用。在外 载荷 的作用 下 ，当掩护梁油缸内液体压力超过安全阀调定压力 时，安全阀卸载使油缸压力降至调定压力并关闭。 掘进与临时支护采用循 环作 业方式 ，先掘后 临时支。掘进机正常掘进工作时 ，机载式液压 临时支护机折叠收缩于综掘机切割减速箱背部 。其 作业程序如下 当综掘机掘进进 尺达 2个锚杆间距时停止掘 进 ，将综掘机退 回2个锚杆间距 ，并尽量停在巷道 中心线位置 。 综掘机切割头落地 ，将操纵 阀的手柄 由 “ 运 输 ”位置打到 “ 支护”位置。 操纵机 载 液 压 临 时支 护 机折 叠 架 体 控制 阀 操纵架体副油缸 主油缸的 3个控制阀相互配合 ， 使折叠架顺利翻转到切割头上方并使掩护梁处于近 似水平位置。 将支护材料钢丝网、钢带放置在支护机的掩护 梁上 ，操纵摆动底座控制 阀使摆动底座抬起去接近 顶板。通过操纵支护机折叠架控制 阀来控制折叠架 的位置 ，使折叠架放平支撑于顶板上 ，打开掩护梁 支撑于倾斜的顶板上 ，综掘机停电闭锁 ，临时支护 工作完成 。 使用锚杆钻机在顶板上钻锚杆孔 支护机 预 留孔眼位置 ，完成锚杆支护作业 。锚 固作业完成 后 ，按相反的动作操纵阀组把支护机折叠起来 ，开 始下一循环掘进作业。 1 ． 3主要技术指标 Z L J 一1 0 ／ 1 ／ 3 0型机载式临时支护机 主要技术 参数见表 1 。 表 1 主要技术参数 基本性 能 参数 额定工作压力／ MP a 最大工作阻力／ k N 额定供液压力／ MP a 额定流量／ L m i n 额定初撑力／ k N 护顶面 r f l2 折叠后整机最小高度／ ram 展开 时I 司／ s 整机重量／ k g 2 1 l 0 1 6 2 5 8 1 ． 9 长间距 1 ． 6 3 5 0 7 0 1 2 8 0 1 5 2 现场应用情况 样机加工完成后于 2 0 0 6年 1 0月 ～ 2 0 0 7年 4月 7 4 在平煤一矿戊 8 3 1 0 2 0工作面进行了工业性试验 。 戊 83 1 0 2 0工作面位于三水平戊一采 区西翼 最上部 ，东临戊一西翼 回风下山及轨道 、暗斜井 ， 南临戊 82 1 1 8 0采空区 ，西至二水平戊二采 区下 山煤柱 ，北邻戊 83 1 0 4 0采空 区。该工作 面地层 为一 向北 倾 斜 的单 斜 构造 ，倾 角 7～1 0 。 ，平 均 8 ． 5 。 。采面内断裂构造较发育 ，一般为正断层 ，走 向以北东向为主，落差 0 ． 3～ 6 ． 0 m。该工作面巷道 断面为近矩形 ，高 2 ． 6 m，宽 4 ． 0 i n ，采用 E B Z一 1 2 0型综掘机掘进施工 ，锚 网永久支护顶板 。 在试用 z L J 一1 0 ／ 2 1 ／ 3 0型机载式液压 临时支护 机的样机时发现，该样机存在下列缺点 1 临时支护用的掩护板预 留孑 L 间距是 固定 的，煤矿巷道顶板锚杆 间距是要根据不同的地质条 件进行不同的支护参数设计 ，固定的预留孔间距的 适应性比较差 ，打锚杆时比较困难。 2 掩护板上部 是一个平板结构 ，由于地质 结构的原因或由于掘进机切割的原因，井下巷道顶 板是凹凸不平的，完全呈一个平面的状态极少。因 此 ，平板的掩护梁结构不能够完全与顶板贴实。 3 原设计的总体结构需要综掘机在切割完 毕后退出迎头的距离要求非常准确 ，这给综掘机司 机的操作带来一定的难度 。 经过研究 ，决定对支护机进行改造 1 将上部 的平板式掩护梁结 构取消 ，取而 代之的是 2个纵梁结构 ，2个纵梁结构可以在小范 围内独立活动 。这样 的结构更加适合凹凸不平的顶 板 ，同时避免 了原来掩护梁 预留孑 L 间距 固定 的弊 端 ，适应性更加广泛。 2 在两个纵梁结构 中隐藏两个需要手动操 作 的 活 动 小 纵 梁 ，小 纵 梁 的伸 出距 离 最 大 为 6 0 0 mm，小纵梁伸出后对迎头的支护距离进一步的 增大 ，同时降低了综掘机司机的操作难度。 改造后的临时支护机对掘进工作面空顶区能进 行有效支护 ，缩短了临时支护时间 ，提高了掘进机 开机率 ，巷 道 进 尺速 度 比使 用 该设 备 前提 高 了 2 0 ％ ，平均月进尺达 3 5 0 m以上。 3 结 论 z L J 一1 0 ／ 2 1 ／ 3 0型机载式液压临时支护机适用 于高 2 ． 5～ 4 ． 0 m、宽 3 ． 5～ 5 ． 0 m的综掘 ，断面为矩 形和梯形的锚杆 网 支护巷道。配套 简便 ，不 需改造 E B Z一1 2 0型掘进机 ；掩护梁的承载力 约为 8 0 k N， 以护 为主 ， 满 足临 时支 护 的要 求 ， 并具 有 下转 8 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第9 2期 煤 矿 开采 2 0 1 0年第 1期 下井口 1 一压力传感 器 ；2 一 信号 放大 器 ；3 一A ／ D转 换 及 串行通 讯 ； 4，5 一 R s 4 8 5 ；6 一P L c处理器 ；7 一压力设定 与显示 ；8 一电动 阀门驱动器 ；9 -- 电动节 流阀 图2 减 压装 置布置 将该压力信号传到地面 P L C控制器。 数据处理部分是将接受到的压力数据进行奇偶 校验 ，去除在传输过程 中变异的错误数据 ，然后根 据井底管道实测压力值和设定压力值 ，运用 P I D控 制算法 ，计算 电动节 流阀运动所需脉 冲数 据，由 P L C发出脉冲 ，控制电动节流阀的运动。 电动阀门部分作用是 阀门驱动器根据 P L C发 出的脉冲运动信号 向步进电机发出交变电压 ，使得 步进 电机旋转 ，带动阀门上下运动 ，实线电动节流 阀门的任意开度 ，调节井上管路的供水流量，使供 水量与用水量达到平衡 ，从而确保井底管路压力保 持在压力设定值上。 2 ． 3 软件系统 系统控制核心为西 门子 s 7 2 0 0系列可编程逻 辑控制器 ，采用 S T E P 7 Mi c r o ／ Wi n V 4 ． O S P 4软件进 行应用开发。为实现 自动减压的目的，该软件主要 包括 数据接 收、P I D运 算控制 和报警保 护 3部 分。数据接收部分 的作用是经井底发出的压力串行 信号转换为运算需要的压力值 ，并在转换前进行奇 偶校验 ，以确保数据的正确性。 P I D运算控制部分是本软件 的核心 ，作用是根 据井底管道实际压力值和压力设定值 ，运用 P I D控 制算法，计算出电动节流阀运动所需脉冲数，由 P L C发出脉冲，控制电动节流阀的运动。 报警保护部分 的作用是在 出现意外 的情况下 ， 保护管道的安全 ，及时通知工作人员。 系统流程 ，如图 3 。 图 3 系统流程 3应用效果 该装置于 2 0 0 7年 1 0月安装在赵楼煤矿副井下 井 口供水管道上 ，运行两年来 ，整套装置一直工作 正常 ，能够实现深井供水系统 自动减压的目的。其 优点 该装置系统简单 ，功能可靠 ；投资和运行费 用少 ，维护方便 ；能够实现供水系统的 自动可控调 压 ；减压效果好 ，水压波动小。 井筒供水系统 自动减压装置的成功应用 ，为深 井供水系统减压设计提供了一个成功的范例。 [ 参考文献] [ 1 ]张荣 立 ．采矿工程设计手册[ M]．北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ]西门子 s 72 0 0系列可编程逻辑 控制器说 明书 [ R]． [ 3 ]李 振军 ，刘 建英 液压传 动与控制 [ M]．北京 机械工业 出 版社 ，2 0 0 9 ． [ 责任编辑 张银亮] 上接 7 4页 以下优点 1 液压 临时支护 机采 用整 体掩 护梁设 计 ， 对顶板施加一定 的初撑力，对空顶 区临时支护时， 操作人员在安全区内操作 ，临时支护安全 、有效 。 2 临时支护系统安装在综掘机顶部，可随 8 2 综掘机一起推进 ，采用综掘机液压系统控制，掘进 结束后 即可临时支护 ，缩短 了支护时间 ，提高了开 机 率 。 3 操作简便可靠，减轻了劳动强度，减少 了现场操作人员数量 ，提高了工效。 [ 责任编辑 张银亮] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m