极近夹矸煤层条件下放顶煤液压支架设计研究.pdf

科学管理 322 2020年第6期 随着我国煤炭利用的增多，煤炭开采不断出现枯 竭现象，我国的煤层开采煤层由中厚度向薄层煤层的 转变，许多煤层已经将开采的重点转换到了薄煤层的 开采上，但是由于目前对薄煤层开采技术处于初始阶 段，利用液压支架对于机械化开采意义重大，进行综 采液压支架的开发水平对于夹矸煤层的开采具有非常 重要的作用，目前所使用的的夹矸煤层液压支架存在 一定的缺点，主要包括液压支架后部储煤空间较小、 顶煤放煤效率较低、支架存在不稳定因素等若干问 题。为了能够从根本上解决极近夹矸煤层开采过程中 的采煤效率，就需要保证所使用的液压支架能够稳 定、可靠、安全，因此进行适应极近夹矸煤层的放顶 煤液压之间的研究是十分必要的。 1 放顶煤液压支架总体设计方案 1.1 液压支架支护强度确定 对于离散化程度比较高的顶煤可以在开采过程中 起到传递的功能，将载荷传递到液压支架上，而在极 近夹矸煤层工作面的开采中，顶煤支架所受的作用力 包括顶煤以及顶板支架的负载，还包括顶板产生的移 动负载，这些总的负载使得顶板受到弯矩作用。通过 对现有支架的研究发现，多数的支架设计的断裂角都 在6065之间[1]。在进行断裂角设计的时候需要考虑 上部岩层冒落的影响。当上部岩层出现冒落现象的时 候，岩石块就会掉落到采空区里边，那么产生的移动 载荷具不会对之间产生直接作用，如图1所示为岩层与 断裂角关系图。 图1 岩层与断裂角关系图 如图所示的支架承受的支架强度可以用公式（1） 计算[2]。 （1） 其中，q表示的是支架所承受的强度，单位为kN/ mm2；Kd表示的是放顶煤工作面的移动负载载荷系数， 本文取值为1.4；γ1表示的是放顶煤的煤炭容重值，本 文取值为1.44，单位为kN/m3；h1表示的是煤层岩石的 容重值，本文取值为25，单位为kN/m3。通过以上取值 以及结合公式（1）计算得到支架强度为0.72MPa。 1.2 液压支架初撑力确定 为了能够保证液压支架能够在升起的初始阶段能 够对顶板起到足够的支撑，放置其发生下沉现象，需 要对液压支架进行初撑力计算，保证支架的护顶功 能，快速的进入到下一个工作状态。初撑力数值可以 用公式（2）进行计算。 支架初撑力设计的初衷是在支架早期升起的过程 中，由于有效防止顶板下 沉，增加支架整体的护顶性能，使支架尽快进入 下一工作状态。 初撑力计算公式 （2） 公式中，D表示的是液压支架立柱的缸径值，单位 为m；Pb表示的是液压泵所受到的工作阻力值，单位 为Mpa；n表示的是每一个液压支架所具有的立柱的个 数；a表示的是液压支柱与顶板垂直线之间的倾斜角 度，单位为度。 1.3 液压支架关键参数计算 1.3.1 支架的高度和伸缩比 对于支架高度以及伸缩比的确定，本文通过极近 夹矸煤层的平均采高数值的确定来进行设计，通过对 支架高度的最高值以及最低值来对支架的高度范围进 行确定。在极近夹矸煤层中，支架范围越大对于开采 过程越有利。本文根据采高确定的支架最小高度值为 1550m，支架最大高度值为2500m，利用公式 min max h h m 得到伸缩比m1.55。 1.3.2 支架间距 通常对于综采顶煤液压支架之间距离的确定，需 要根据不同综采放顶煤所使用的的支架类型进行距离 确定，在实际的综采工作面中，由于液压支架的推移 过程所使用的的千斤顶与其前方的溜子是彼此相连接 的，所以，在本文设计的液压支架选取的相互之间的 中心距确定为1.5m。 1.3.3 支架宽度 在确定支架的宽度时，同样需要根据两个最值宽 度进行确定。在设计的过程中需要对使用过程的各种 极近夹矸煤层条件下放顶煤液压支架设计研究 彭亮 山西焦煤西山煤电东曲煤矿 山西 古交 030200 摘要由于极近夹矸煤层的地质条件以及储存位置的影响，在进行该类煤层工作面开采的过程中，通常使用单体液压 进行支护，这种支护方式对于煤炭开采效率产生不利影响。通过对综采放顶煤开采过程中采用的液压支柱的性能要求以及 技术特点进行分析，设计了新型极近夹矸煤层开采使用的压夜支架，对于提高极近夹矸煤层开采的效率具有一定的提高。 关键词极近夹矸煤层 放顶煤 液压支架 设计研究 （下转第367页） 367 科学管理 2020年第6期 洗，安装结束后使用润滑油。再次，选用达标的润滑 脂，结合使用细则对轴承进行维护，定期检查油脂情 况。第四，动态进行轴承故障监测，熟练使用多种监 测手段，判断轴承故障原因，落实检修与维护工作。 4.2 明确滚动轴承更换条件，将更换工作落实 到位 立足生产实际，滚动轴承在运转过程中，需要将 定期检查、维护以及保养工作落到实处，尤其做好更 换工作。轴承更换的情况一般涉及如下几种滚动轴 承的内外圈以及滚动体出现裂缝；滚道出现严重损 伤；保持架变形严重，连接松弛；内外滚道压痕明 显；轴承接触表面在温度影响下，颜色发生变化；部 件配合出现显著蠕动。 5 结束语 综上所述，在社会生产实践中，滚动轴承应用较 为普及，一旦应用不当，维护不到位，故障很难避 免。因此，要重视结合滚动轴应用实际，全面分析其 在生产中的常发故障，明确原因，形成行之有效的解 决策略，依托专业的技术、高素质的人才以及较强的 维护保养工作，实现对滚动轴故障的有效解决，以便 更好服务于社会生产的连续性与稳定性。 参考文献 [1] 朱彦祺， 李舜酩， 潘高元， 等 . 滚动轴承故障诊断 的多重超阶分析方法 [J]. 振动与冲击， 2020， 39（03） 227- 232288. [2] 王奉涛， 薛宇航， 王雷， 等 . 基于流形学习的滚动轴承 故障盲源分离方法 [J]. 振动 . 测试与诊断， 2020， 40（01） 43- 47202. 情况进行充分考虑。在极近夹矸煤层工作面中，由于 需要对左右煤层进行预防垮落设计，因此需要爱设 计时增加可伸缩的侧护板装置，本文设计的侧护板的 移动距离为140～210mm。在极近夹矸煤层放顶煤使 用的液压支架中，本文选取的最最小的支架宽度为 1270mm，最大的支架宽度为1452mm，对支架进行侧 推的千斤顶的移动距离选择为183mm。 1.3.4 底座长度 在液压支架的设计中，底座起到了将作用力传递 到支架底部的作用，从而保证整体支架的工作稳定 性。在进行支架长度的确定过程中，需要充分考虑以 下主要原则（1）需要保证支架接触比压能够实现最 低数值；（2）需要保证底座的安装空间足够大，能够 保证立柱、液压控制系统、推移系统可以在底部得到 合理的布局；（3）操作过程比较方便；（4）保证底 座能够稳定可靠。由于在极近夹矸煤层这种工作环境 下，需要考虑工作面的实际情况并且考虑到煤炭岩石 混合状况比较严重，因此本文设计了四个支柱，底座 的长度设计为2210mm。 2 下放顶煤液压支架关键部件的结构设计 2.1 顶梁的结构设计 本文的液压支架的顶梁结构采用的是整体式结构 设计，长度为3500mm，宽度尺寸为1512mm，支架支 护的整体面积为6.35㎡，通过理论计算得到支护可以 承受的荷载为2831.5kN。所设计的支架顶梁采用较短 的长度，支护面积以及顶板覆盖率比较高，设计出的 顶梁在理论上能够满足极近夹矸煤层工作面进行顶板 作业的参数需要。 2.2 大摆梁放煤机构设计 通过对原有的液压支架放煤结构进行优化，形成 了本文设计的大摆梁结构的放煤形式，下方采用摆梁 千斤顶，连接上采用链接形式，通过链接将大摆梁后 部以及摆梁底座连接，从而使大摆梁、顶梁以及底座 形成反四连杆结构。通过大摆梁结构设计，使得放煤 高度可以整体提高，从而提高了输送机的运送能力， 提高了采煤效率。 2.3 立柱的结构设计 通过现有顶板基本情况以及现有顶梁的基本构 造，通过改造4根立柱将现有顶板进行支撑，另外通过 增加立柱的高度调节范围从而使立柱倾斜角度增大保 证水平作用力得到平衡，为了增强立柱的支护能力， 通过将4根立柱在结构上进行倾斜安装的方式。在空间 上为了能够方便操作、通行，支架采用单向伸缩的形 式，彼此之间距离为850mm。 3 液压支架整体结构 通过结合现有液压支架的优点，通过合理的结构 优化、参数改进，最终设计出了本文液压支架结构。 与现有支架相比本文设计的液压支架具有高可靠性、 结构简单、重量轻、支护能力强等优点。同时本文采 用的液压支架为反四连杆结构，通过将顶梁、尾梁、 反四连杆以及底座等结构组成。 4 结束语 通过理论计算得出所需要的液压支架工作中相关 参数，包括工作阻力、初撑力等，通过参数计算结果 结合功能需要设计了液压支架相关结构以及技术参 数。为了有效的保证极近夹矸煤层出煤率，本文设计 的液压支架采用反四连杆形式，提高了后部放煤空 间，提高了支架的支护能力，支架整体稳定性较高。 参考文献 [1]王国法， 庞义辉． 液压支架与围岩耦合关系及应用[J] ．煤炭学报， 2015， 40（1） 30-34． [2] 朱学凯. 放顶煤超静定液压支架设计研究[D].徐州 中国矿业大学， 2014. （上接第322页）