综采工作面超前液压支架的研制与实施

综采工作面超前液压支架的研制与实施
禹明哲
【期刊名称】《《中州煤炭》》
【年(卷),期】2019(041)009
【总页数】4页(P141-144)
【关键词】煤矿; 超前支护; 工艺; 支架; 改制
【作者】禹明哲
【作者单位】鹤壁煤业(集团)有限责任公司河南鹤壁458000
【正文语种】中文
【中图分类】TD355.4
0 引言
鹤壁矿区矿井因受井型及地质条件限制，不能在综采工作面推广使用大型端头和超前支护液压支架，目前上下端头普遍采用“单体柱+Π型梁”的超前支护方式，但存在支护强度低、质量差、职工劳动强度大的问题。

为此，鹤煤公司利用淘汰的ZH2000/17/25F型悬移支架和ZF2800/16/24型放顶煤液压支架[1]，改制了简易的工作面端头及两巷超前支护液压支架，应用于采煤工作面上下端头，大幅提高了支护强度，且操作简便，极大程度上减少了单体柱的搬移次数，减轻了劳动强度[2-5]。

1 改造目标及设计思路
1.1 改造目标
鹤煤公司利用ZH2000/17/25F型悬移支架和ZF2800/16/24型放顶煤液压支架
改制新超前液压支架，实现1.8～2.5 m的支护高度，用来代替部分单体立柱，节约制造新支架的成本，提高工作面的支护强度，保障作业安全。

1.2 设计思路
(1)选用ZH2000/17/25F型悬移支架的顶，改造为超前支架的顶梁和底座。

(2)选用ZF2800/16/24型液压支架的立柱作为超前支架的立柱。

(3)选用ZF2800/16/24型液压支架的伸缩梁千斤顶和插板千斤顶作为超前支架的
横拉千斤顶。

(4)选用ZF2800/16/24型液压支架的拉后溜千斤顶作为超前支架的推移千斤顶。

(5)超前支架整体支护高度达到1.8～2.5 m。

2 实施方案
2.1 顶梁、底座的选择和改造
选用悬移支架分体顶梁作为超前支架的顶梁和底座，规格尺寸为2 500 mm×420 mm×282 mm，顶梁和底座焊接顶梁、底座柱窝，并分别割孔，安装横拉和推移千斤顶的耳座、转轴。

2.2 千斤顶的选择
选用ZF2800/16/24型液压支架的后立柱作为超前支架立柱，安装尺寸为1 210 mm+行程725 mm，在P=34.8 MPa时，工作阻力达到700 kN，缸径和柱径分别为φ160 mm、φ130 mm。

选用ZF2800/16/24型液压支架的伸缩梁千斤顶和插板千斤顶作为超前支架的横
拉千斤顶，安装尺寸为1 110 mm+行程800 mm，缸径和柱径分别为φ80 mm、φ60 mm。

选用ZF2800/16/24型液压支架的拉后溜千斤顶作为超前支架的推移千斤顶，安
装尺寸为1 025 mm+行程700 mm，缸径和柱径分别为φ100 mm、φ70 mm。

2.3 立柱倾斜的控制
单套超前支架在使用过程中，由于巷道顶部或者底部不平整，可能会使超前支架左右倾斜，以至于立柱倾斜发生侧翻现象，为此需要控制立柱的倾斜问题。

(1)底座柱窝。

在底座上焊接的2个柱窝，采用不同设计尺寸，以控制立柱的倾斜。

因立柱柱底直径为φ140 mm，前柱窝内径设计为φ142 mm，使柱窝牢牢卡紧立柱，前后、左右均无法倾斜摇摆，柱窝外壁厚度为50 mm，周边焊接加强筋板，确保柱窝不开裂；底座后柱窝只控制左右方向的倾斜，前后方向允许倾斜一定角度。

底座柱窝加工如图1所示。

(2)顶梁柱窝只控制立柱左右方向的倾斜，不控制前后方向的倾斜，立柱柱头尺寸
为φ130 mm，为方便安装前柱窝设计为φ132 mm，后柱窝设计为φ135 mm。

顶梁柱窝加工如图2所示。

图1 底座柱窝加工Fig.1 Machining of base pillar foundation
图2 顶梁柱窝加工Fig.2 Processing of top beam and pillar socket
2.4 推移千斤顶和横拉千斤顶折弯损坏的控制
由于巷道顶部和底板不平整，或者顶部压力大小不一，以及左右支架移动布局不一致，可能会导致推移千斤顶和横拉千斤顶变形折弯或损坏。

(1)连接头的设计。

为减少千斤顶的损坏，设计了起到缓冲作用的连接头，使连接
处在上下、左右方向均可同时转动，减少了千斤顶的损坏。

连接头外形如图3所示。

图3 连接头外形Fig.3 Connector shape
(2)转轴的设计。

转轴的设计原理是，轴在焊接固定的钢管内转动。

轴和钢管用U
型卡固定。

此次设计的转轴是使用外径120 mm、内径72 mm的钢管焊接在顶
梁上，在钢管上开孔，在转轴φ71 mm上铣槽，打上U型卡，使φ71 mm轴只
能在钢管内转动而不掉出。

在轴上铣宽32 mm的槽、并钻孔，横拉千斤顶与次孔连接。

这样千斤顶可以带动轴在钢管内自由转动，起到了保护千斤顶的作用。

转轴设计如图4所示。

图4 转轴设计Fig.4 Rotary shaft design
2.5 液压系统的设计
改造的超前支架2组共用10根千斤顶，根据实际使用需求设计为10片阀控制，接口为φ10 mm(高压胶管)。

操纵阀组固定在底座上，操作方式为邻架操作。

3 超前支架技术特征
改造完成的超前支架型号为ZCZ2800/18/25，技术特征见表1。

表1 ZCZ2800/18/25超前支架技术参数Tab.1 Technical parameters of
ZCZ2800/18/25 advanced support序号项目参数1支撑高度1.804～2.529m2支护面积长2500mm、宽420mm3中心距前后2640+700mm/左右
1410+800mm4工作阻力700×4=2800kN,P=34.8MPa5操作方式邻架手动操作6单件外形尺寸运输尺寸长2510mm、宽420mm、高410mm7安装使用2架为1组,成组使用8配套设备与单体支柱和顶棚横梁配套使用
ZCZ2800/18/25改造设计总览如图5所示。

4 超前液压支架适用性分析
鹤煤公司利用ZH2000/17/25F型悬移支架和ZF2800/16/24型液压支架改造的ZCZ2800/18/25超前液压支架，支护强度2 800 kN，单架长度2.51 m，可实现1.8～2.5 m的支护高度，安装在工作面上下端头，可代替原有“单体支柱+Π型梁”的支护方式，实现工作面上下端头的安全高效超前支护。

图5 ZCZ2800/18/25改造设计Fig.5 Reconstruction design of
ZCZ2800/18/25
超前液压支架通过液压油缸的连接，前后8～10架连接成组使用，可实现超过20
m的超前支护，满足《煤矿安全规程》的要求。

通过操作超前液压支架连接油缸，可实现交替自移，大大降低了工人的劳动强度。

该套研制的ZCZ2800/18/25超前液压支架，单架长度短，前后架连接装置采用了防弯折特殊设计，当布置在底板不平整，有一定起伏的巷道内时，设计的各项功能均不受影响，因此在地质条件复杂，布置一体式大型端头和超前液压支架受限的老型矿井，其适用性更加显著。

5 超前液压支架经济性分析
ZCZ2800/18/25超前液压支架的研制，因使用原有设备的结构件和液压件，仅需投入结构件改造、液压缸及阀组修复、液压管路及阀组的购置、组装等费用。

经核算，实际改造费用约为2.6万元/架；而鹤煤公司原购置的ZFT25000/19/35型端头和超前液压支架费用约200万元/架。

按照每个端头使用10架
ZCZ2800/18/25超前液压支架连接成组计算，成本价为26万元，约为使用
ZFT25000/19/35型端头和超前液压支架费用的13%，经济效益显著。

6 结语
鹤煤公司利用ZH2000/17/25F型悬移支架和ZF2800/16/24型液压支架改造的ZCZ2800/18/25超前液压支架自研制成功以来，鹤煤公司共加工制造53架并分
配到三矿、中泰、五矿、六矿、八矿和九矿安装使用。

通过现场使用反映，超前支护支架应用效果良好，既降低了综采工作面端头和超前支护的成本投入，又能够大幅度提高支护强度，而且操作简单、便捷，极大程度上减少单体柱的搬移次数，减轻劳动强度。

参考文献：
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