提高综采工作面顶板支护速度的途径和方法.pdf

第3 3 卷第1 期 2 0 0 4 年 2 月 贵 州工业 大学学报 自然科 学版 J 0U RN A L O F G U1 Z 】 [ I I UNI VE R S I TY 0 F TE C H N0 l 0 G Y N a t u r a l S d e n c e E d i t i o n 文章编号 1 0 0 9 0 1 9 3 2 0 0 4 0 1 0 0 3 7 0 3 VlO 1 ． 3 3 0 ． 1 F e b r u a r y． 2 0 0 4 提高综采工作面顶板支护速度的途径和方法 邹 义 怀 贵州工业大学 资源与环境学院， 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 3 摘要 分析 了影响液压 支架移 架速度的 因素 ， 提 出了加 快综采 面顶板 支护速度的方法和措 施 。 关键词 综采 工作 面； 采煤机 ； 液压支架； 支护速度 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 1 文献标识码 B O 前言 在煤矿地下长壁工作面开采中， 顶板的支护和管理一直是生产中的一个重要环节。虽然在综合机械化 工作面上， 采用了液压支架来支护顶板 ， 能实现顶板的有效支护和管理 ， 从而保证了工作 面的安全生产 。但 液压支架的支护速度， 直接影响到采煤机的连续运行速度， 也直接决定了综采面的产量和效益。 综采工作面的产量， 取决于许多因素。但就设备而言， 主要取决于采煤机能否连续运行， 以及运行时的 工作牵引速度。目 前， 由于各种因素的制约， 特别是液压支架支护速度的影响， 国内综采面采煤机的工作牵 引速度一般仅为3 m／ m i n 左右。如果能将采煤机的牵引速度提高4 5 m／ r n i n ， 则在同样工作面条件和作业 时间内， 综采面产量将相应增加 1 ／ 2 1 ／ 3 ， 这对实现综采面的高产高效是一个极其重要的途径。国内外一 些年产 3 0 0 万 t 的综采面， 其采煤机均采用了较高的牵引速度。但采煤机工作牵引速度的提高， 除了受煤层 条件、 人员素质、 设备性能和各环节的配合等因素影响外， 主要受制于液压支架的移架速度。在综采设备的 配套关系和使用过程中， 必须保持支架对顶板的支护速度大于采煤机的工作牵引速度， 才能保证采煤机连 续有效的运行。否则， 将出现停机等架。在我国的综采面生产中， 由于支架支护速度跟不上采煤机的运行 速度， 绝大多数均存在不同程度的停机等架现象， 严重地限制了采煤机的开机率和综采面产量。为此， 本文 将分析影响液压支架移架速度的因素， 探索提高支架支护速度的途径和方法。 1 提高综采面顶板支护速度的途径和方法 1 ． 1提高液压支架的移架速度 1 ． 1 ． 1 支架移架速度的分析 液压支架的移架速度 ， 不是支架本身 固有 的性能参数 。它是支架在操作和移步过程中， 反应在采煤机 牵引方向的支护距离或支护速度。显然， 它是与支架的操作过程、 结构和有关液压元件相关的一个过程参 数。 从支架的工作过程看， 移架动作一般包括降柱、 移架、 升柱三个基本动作， 以及有些支架上可能存在的 升、 降前梁、 收护帮、 侧护板伸缩、 调架等辅助动作。若按三个基本动作， 并考虑支架工移动时间， 则一架支 架的移架时间 T为 T ￡ 降￡ 移 幻午 ￡ 人 f 堕 ] ． 1 0 - 5 人 S 1 L Q ’ Q ’ Q j 。 若考虑其它辅助液压缸动作的影响， 则 移架速度 下6 0 KL m／ mi n 2 收稿 日期 2 0 0 3 0 9 3 0 维普资讯 3 8 贵 州 工业 大 学 学报 自然科学版 2 0 0 4年 式中 ￡ 降 降柱时间 S ； ￡ 移 移架时间 S ； ￡ 升 升柱时间 S ； 人 操作工从一架向另一架行走时间， 可取 人3 4 s ； 架支架 的立柱数 ； S 1 降柱行程 m m ； S 2 移架行程 m m ， 可取为采煤机截深； D立柱缸径 mm ； d 立柱活塞杆直径 mm ； D1 推移千斤顶缸径 mm ； Q泵站流量 1 ／ mi n ； K考虑其他辅助液压缸如前梁千斤顶、 侧护千斤顶、 护帮千斤顶等动作 的影响参数， 一般可取 K 0． 71 ． 0 L 支架间距 m ． 由式 1 、 2 可知， 对于一定的液压支架 ， 当立柱和有关千斤顶结构参数一定时， 移架速度取决于泵站 流量 、 完成各个动作的时间和支架间距。但实际使用 中发现 ， 移架速度不仅仅与上述因素有关 ， 它还受立柱 回路和液压元件的影响。 表1移架动作时间 以z r y 3 5 B型四柱式支架为例 4 ， D 2 0 0 1T ff n ， d1 8 5 1T ff n ， D1 1 4 0 1T ff n ， 取 S1 2 0 0 1 Y lr l l ， S 2 6 5 0 1T ff n ， Q1 6 0 l ／ ra in ， 计算得出的降、 移、 升时间如表 1 所示 。 降柱 移架 框架式 浮动活塞式 升柱 1 ． 3 6 3． 7 5 2． 2 0 9． 4 0 总计完成降、 移、 升时间为 1 4 ． 5 1 S ， 则 T1 4 ． 5 1 3 1 7 ． 5 1 S ， 取 L1 ． 5 m． 则移架速度 V下6 0 KL 4 ．1 0 m／ mi n 从理论上讲， 上述移架速度基本上能适应采煤机牵引速度的要求。即只要采煤机牵引速度 ≤4 ． 1 m／ rai n ， 支架就能有效地完成跟机支护。 但在实际生产中， 除了升柱和移架时间基本符合理论计算外， 降柱时间却远远大于计算值 ， 致使移架速 度远远低于计算值。 上述现象的出现， 是由于按支架承载的特殊要求， 立柱活塞杆直径均较大， 致使活塞腔与活塞杆腔的有 效面积比 D ／ D 一d 2 0 o 2 ／ 2 0 0 1 8 5 6 ． 9 2 6 1 ． 这样 ， 当向活塞杆腔进液 、 活塞腔排液进行 降柱时， 4 根立柱活塞腔要排出 6 ． 9 2 6 1 6 0 1 1 0 8 ． 1 6 1 ／ m i n的液体， 每根立柱活塞腔排出2 7 7 ． 0 4 1 ／ min ， 这些液体 均要经过立柱回路上的液控单向阀和操纵阀排出。由于现有支架上采用的液控单向阀和操纵阀的额定流 量只有 8 0 1 ／ m i n 和 1 2 5 1 ／ m i n ， 要从这两种阀中排出比本身额定流量大 2 ． 2 2 3 ． 4 6 倍的液体， 势必形成很大 的压力损失， 并在活塞腔引起较高的排液背压。相应使活塞腔的进液压力和泵站压力急剧升高， 致使泵站 自动卸载阀动作， 停止供液； 在活塞腔继续排液压力下降后， 自动卸载阀关闭， 泵站又重新向活塞杆腔供液。 这样 ， 在降柱过程中， 泵站始终处于供液、 卸荷、 再供液、 再卸荷的交替状态。这种工况使立柱下降非常缓 慢， 降柱时间加长。实际观察也表明， 降柱时间远远大于理论计算值， 甚至超过了升柱时间。这是现有支架 的立柱液压回路和相关元件不适于降柱时的大流量排液所造成的。 1 ． 1 ． 2 提高支架移架速度的方法 根据上述分析 ， 要提高支架本身具有的移架速度， 可采取下列措施 1 ． 为了解决降柱时， 立柱下腔大排液量和排液阻力造成降柱速度缓慢， 可在立柱回路中与控制阀并联 一 个大流量液控单向阀A， 构成双回液回路， 如图 1 所示。降柱时活塞腔液体经 2个液控单向阀排出， 大量 液体经A直接排回主回液管， 而控制阀 C与操纵阀仍可用现有的额定流量较小的液压阀。 2 ． 研制和采用额定压力为4 0 MP a 、 流量 2 0 0 1 ／ m i n的高压大流量乳化液泵， 以及流量为 Q1 5 0 2 0 0 维普资讯 第 1 期 邹义怀 提 高综采工作面顶板支护速度的途径和方法 3 9 l ／ ra in的大流量液控单向阀和操纵阀， 以减少完成各个动作的时间。 3 ． 采用高强度材质。在保证支架承载和满足立柱强度与刚度要求的条件 下， 减小立柱缸径和活塞杆直径， 并降低活塞腔与活塞杆腔的有效面积比， 从而 减少降柱时的排液量和降柱时间。 4 ． 采用带压移架。现有的液压支架均属于卸压移架， 其降柱与升柱时间直 接决定了移架时间的长短。如果采用带压移架， 可在支架未完全卸载、 顶梁未 脱离顶板， 并对顶板保持一定支撑力的情况下进行移架 ， 基本上可使降、 移动作 同时进行， 从而减少了降、 移工序时间， 并有利于破碎顶板的管理。国外研究表 明， 带压移架可使移架速度提高 4 0 ％一 6 0 ％。但其液压系统较为复杂。 进 液 5 ． 采用电液自动控制。国内液压支架均为手动控制， 移架的各个动作均由 1I t 1 双回液系统 人工操作。如果采用单架程控或分组程控的电液自动控制方式， 使支架移架时的降、 移、 升动作在接到一个 动作指令后 自动完成， 可大大减少移架各工序之间的间隔时间， 避免人为误操作， 从而提高移架速度。目 前， 英、 德、 美等国在这方面的研究已达到应用阶段， 移架速度可达 6 8 m／ m A n ， 其技术和系统虽较为复杂。 但对于缩短移架时间， 以及进一步提高综采设备的机械化和自动化水平， 仍是今后值得研究的方向。 1 ． 2 采用间隔移架的作业方式 如果现有支架的移架速度按依次移架的作业程序落后于采煤机的牵引速度， 可采用间隔移架的作业方 式 。 例如 若采煤机工作牵引速度 4 ． 5 m／ min ， 按与采煤机匹配， 支架每分 钟应移动 3 架 支架间距 L1 ． 5 m ． 但目前支架完成降、 移、 升动作一般需 3 0 s ， 即 1 分钟内只能移动2 架。若采煤机运行2分钟， 其运行距离 S2 4 ． 5 9 m， 而支架只能移动 4 架 6 m． 显然支架的支护速度跟不上采煤机的牵引速度， 必然出现停机等架的现象。 采用间隔移架， 可在采煤机截割后， 按紧跟机后即时支护的要求， 先移动机 后的第一架， 即 1 、 3 、 5 、 7 ⋯⋯的顺序移架， 在保证机后顶板的支护后， 随后再依 次移动相邻的2 、 4 、 6 ⋯⋯等支架。这种间隔移架的作业方式， 相当于间接加快 了工作面的支护速度。虽然相邻两架之间的顶板将有短时裸露， 但由于裸露时 间很短， 在顶板较好的条件下， 仍是一种加快支护速度的方法， 其作业方式如图 2所示 。 1 ． 3 采用带前伸梁的液压支架 在采煤机快速运行的情况下， 要完全靠支架的移步来实现对采煤机后的跟 机支护是较为困难的。为此， 可采用带前伸梁的液压支架， 通过机后支架前伸 梁的伸出实现支护； 然后再按作业程序在每架前伸梁缩回时依次进行移架； 此 后， 工作面顶板就由缩回前伸梁后的支架完成正常支护。这样， 即使支架的移 图 2 间隔移架作业方式 架速度跟不上采煤机的牵引速度， 但由于伸出的前伸梁能紧跟机后实现即时支护， 可完全避免由于支架移 架速度对采煤机运行速度的制约。但带前伸梁的支架顶梁部分的结构较为复杂。 2 结 论 1 综采面顶板的支护速度， 直接制约了采煤机的运行牵引速度， 也相应决定了综采面的产量和效益， 这是当前使用综采设备和实现高产高效综采面必须重视的一个问题。 2 提高液压支架本身的移架速度是加快工作面顶板支护速度的主要途径。可从加大泵站流量、 采用 大流量液压阀的双回液系统或带压移架来实现。以期将支架的总移架时间控制在 1 5 2 0 s 内， 才能适应采 煤机快速运行的要求。 3 在使用现有移架速度较慢的液压支架时， 如果支护速度跟不上采煤机的牵引速度而出现停机等架 现象， 采用间隔移架的作业方式是切实可行的。 f 下转4 9 i li 维普资讯 第6 期 赵菁， 等 电力市场下利用模糊规划理论对 A G C机组功率的分配 4 9 Po we r Di s p a t c h o f AGC W i t h t h e Fu z z y Pr o g r a m mi ng Th e o r y Un de r Po we r M a r k e t Z HAO J i n g ， LONG J i a n - we n a ， J U q G Y ， TAN J i n 2 1 ． C o l l e g e o f He c t r i c al E n g i n e e r i n g ， GUT， Gu i y a n g 5 5 0 0 0 3 ， C h i n a ； 2 ． G u i y a n g S u p e r Hi 曲 V o l t a g e B u r e a u ， S t a t e P o we r S o u t h C o mp a n y ， Gu i y a n g 5 5 0 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r a n a l y z e s t h e AGC c o n t r o l a n d o pe r a t i o n a l me c h a n i s m c h a n g e s u n d e r p o we r ma r k e t an d p r o po s e s a ma t h e ma t i c mo d e l o f po we r d i s p a t c h， wh i c h g i v e s c o n s i d e r a t i o n t o t h e b e n e f i t o f b o t h p o we r n e t wo r k and g e n e r a t o r s wh e n powe r n e tw o r k e n f o r c e s a un i t e d AGC r e g u l a t i o n ． Th e f u z z y o p t i mi z a t i o n t h e o r y i s a d o p t ed to t r a n s f o r m t h e b i ．． o b j e c t i v e ma t h e ma t i c mode l i n t o con v e nti o n a l s i n g l e o b j e c ．． t i v e l i n e a r p r o g r a mmi ng s o l u t i o n ． T h e mode l c a n c o o r d i n a t e the r e l a t i o n s betw e e n r e s p e c t i v e o b j e c t i v es p r o pe r l y a n d e a s i l y ， thu s h e l p i ng th e d e v e l o p me nt o f po we r ma r k e t ． Ke y wo r d s a u t o ma t i c g e n e r a t i o n con t r o l ； a r e a con tro l e r r o r po we r ma r k e t ； f u z z y p r o g r a mmi ng ； po we r d i s p a t c h 上 接 3 9页 4 采用带前伸梁的支架， 在采煤机后用前伸梁伸出进行即时支护， 可完全避免支架移架速度对采煤机 运行速度的制约。虽然， 支架顶梁部分的结构较为复杂， 但仍是一种值得研试的支架结构形式。 5 液压支架采用单架程控和分组程控的自动控制方式 ， 不仅能有效地提高移架速度 ， 也是综采 面进一 步实现机械化和 自动化的发展方向。 参考 文献 [ 1 ]陶驰东． 采掘机械[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 4 ． [ 2 ]孙执书， 李缤． 采掘机械与液压传动[ M] ． 徐洲 中国矿业大学出版社， 1 9 9 6 ． [ 3 ]徐永圻 ． 煤矿开采学[ M] ． 徐洲 中国矿业大学出版社， 1 9 9 3 ． [ 4 ] 李昌熙， 李吉祥， 孙执书， 等． 液压支架快速移步综述[ J ] ． 煤矿机械， 1 9 9 3 ， 9 8 5 1 3 [ 5 ] 黄慧敏． 液压支架快速移步探讨[ J ] ． 煤矿机电， 1 9 9 0 ， 5 9 4 1 8 2 0 ． Th e Pa t h a n d M e t ho d s t o I nc r e a s e Ro o f S u p po r t i ng S pe e d o f Co m b i n e d M i n i n g Fa c e Z oU Yi h u a i C o e o f R e s o u r c es and E n v ir o n m e nt， G U T ， G u iy a n g 5 5 0 0 0 3 ， C hi n a Ab s t r a c t Th e i mp a c t f a c t o r s o n a d v an c i ng s u p po r t i n g s p e e d o f h y d r a u l i c s u p port are a n a l y z e d i n thi s a r t i c l e ，an d th e p a t h an d me t h o d s to a c c e l e r a t e r o o f s u p po rt s p e e d o f comb i n ed mi n i n g f a c e a I ．e s u g g e S t e d ． Ke y wo r d s comb i n e d mi n i ng f a c e ； s h e a r e r ； h y d r a u l i c s u p po rt； s u p po rti ng s p e e d 维普资讯