浅论薄煤层综合机械化开采及其液压支架设计

浅论薄煤层综合机械化开采及其液压支

架设计

摘要：

文章探讨了较薄煤层的综合机械化开采技术,分析了多种采煤机、液压支架及刮板运输机的不同特点,提出了选型的原则和方法,形成一套较为完整的现代设计手段。并指出了它的经济效益和社会效益所在,对煤炭行业的可持续发展具有积极重要的作用。

关键词：综合机械化;开采;薄煤层;设计;

在我国煤矿开采中,较薄煤层的储量占可采储量比例非常大,而综合机械化采煤是煤矿行业实行有效开采的现代化标志,它为保证煤炭工业的可持续性发展提供了有力的支持。

1 薄煤层综合机械化采煤技术的工艺要素

1.1 薄煤层综合机械化采煤技术的工艺特性

薄煤层的回采工作面开采过程中，矿山的整体压力对煤壁产生的破碎程度较低，而由于薄煤层存在煤体坚固和硬度大的情况，采煤机不但要有足够强的切割能力，还需要有更强大的装煤效果。因此，薄煤层的综合机械化采煤技术的工艺特性是要求综合性机械能够在更狭小的空间工作且自身强度要达到一定的值。

1.2 薄煤层综合机械化采煤技术的工艺技术机理

薄煤层的工作面高度较低，而大型采煤设备的支架需占用机械2/3的空间，在有限的空间内，支架的升降范围受到了严格限制，这给煤炭开采人员带来了更多的操作难题，一些机械生产厂家针对此问题开发出邻架先导换向阀控制技术，转变了支架操作人员的工作方式，由原来的支架转动的被动反馈操作变为主动支

架控制工作模式，便于支架支起和收合，提高了支架操作工的安全性。支架的收放是利用电机与液压缸配合进行工作，油缸采用双伸缩及双作用式，增加了支架的活动范围。阀体的设计及制造属于工程力学和液压控制范畴，在主阀公称流量的取值方面，应令数值偏小，以保证性能良好的工作自锁性和操作稳定性。

1.3 薄煤层综合机械化采煤技术设备的技术要求

薄煤层综合机械化采煤技术设备的工作时间较长，需要连续工作工况次数较多，在采煤机和工作面溜子的材料选择上，应选用材质强度高和耐腐蚀抗变形能力较强、含碳量较低的优质钢进行加工，便于实现韧性标准。由于机体的构件长度缩短，将会减少工件的占用空间，整个采煤机械的结构会更加紧凑，紧凑的设计可以保证更加可靠的强度需求。

1.4 薄煤层综合机械化采煤技术的回采工艺要求

薄煤层综合机械化采煤技术的回采工艺要遵循综合化采煤工艺在薄煤层开采技术上的机理，满足回采工艺的特别要求。由于薄煤层的煤体较硬，采煤机构的纵向切削深度设定在50 cm的切削范围，这将减少采煤切割负载，确保采煤机即使在更长的负载状态下也能够平稳运行，减少采煤机运行事故的发生。

2薄煤层液压支架的设计

2.1 支架顶梁结构设计

薄煤层液压支架顶梁设计要求其尽可能薄,且满足强度、刚度等设计需求,同时保证其可实现带侧护板结构要求。

2.1.1 顶梁前端设计

为了使顶梁有更好适应性,顶梁前端尽可能“薄”,因此我们把顶梁前端设计成板式结构。所谓的板式结构是指顶梁前端结构用一块或几块钢板直接“铺”成,通过焊接将其搭接在一起,满足设计的同时,使采煤机有更大的过机空间。

2.1.2 顶梁过人空间设计

由于薄煤层工作面的客观条件限制,要求过人空间在设计时尽可能大,过人空间更具人性化即顶梁和底座过人处要平滑过渡,不能有凸出物刮碰行人。

在顶梁设计时,此处要考虑:

(1)过人处在满足强度的前提下,梁体尽可能薄,达到极限。在设计时,顶梁最前端厚度仅60mm。

(2)顶梁箱体结构的盖板焊接时须与顶梁主筋平齐、施行坡口焊接形式,过人之处不能有凸出物占据行人通道,防止行人通过时割脊背。

(3)行人通道处结构设时不能占用行人通道,且也不能凸出。

2.2 支架掩护梁结构设计

(1)掩护梁梁体最薄化设计:由于支架最低高度较低,为了防止支架降至最低高度时出现与底座干涉、切管、别卡等不利动作,在满足强度、刚度的前提下,使梁体的体积最小化,仅244mm箱型厚度。

(2)有效传递顶梁递给的力,同时传递到前、后连杆上。

(3)保证掩护梁梁体在最低采高时掩护梁背角大于17°,以便于矸石可顺利落入老塘。

(4)掩护梁双活动侧护板保证相邻两台支架在一个移架步距内的有效搭接。

2.3 支架底座、推移杆结构设计

(1)底座上增加抬底装置结构:薄煤层支架由于其最低高度较低一般不宜设置抬底装置,但该套支架在设计时充分考虑抬底机构的适应性,增加了抬底装置。该装置在山东北徐楼煤矿使用时得到有效验证。

由于支架高度较低,抬底装置设计时必须保证支架能降到最低高度;其次,支架推移杆与底座前过桥之间必须保证有足够间隙,因为支架在使用时底座会下陷,特别是底板越软时越不利,这就要求推杆箱体厚度越矮越好。在设计时推杆的箱体厚度仅60mm的厚度,且为实心结构,适应性更高。

(2)底座推移机构较常规轻质支架布置合理,支架推移千斤顶采用倒装结构,

增加支架拉架力,加快了工作面推进速度和支架拉架速度,提高生产效率,适应性

更好。该支架推移千斤顶行程较常规长,采煤机滚筒截深也适当加大,出煤产量高,达到更高产高效要求。

3 支架电液控制系统

薄煤层综采工作面由于采高较小，实际作业空间有限，给设备现场操作人员

带来了很大的困难。为实现综采支架的安全高效作业，设计了集成电液控制系统，控制系统实现了支架成组远程控制及遥控控制，可实现实时数据的监测、传输、

计算处理等功能，保证了液压支架安全、高效作业，为工作面提供了安全作业空间。

(1）每台支架皆设计有多功能控制器，可根据实际开采工况对支架整体运行

姿态进行自动调整，同时可以实现压力自动补偿，保证支架具有最佳的运行姿态

和支护效果；

(2）控制系统具有高度自动检测功能，可对煤层厚度、支架顶梁及立柱高度

进行实时监测，并自动调整支护高度；同时可以实时监测采煤机截煤过程中滚筒

与支架顶梁的相对高差，当高差过小时会与采煤机控制系统联动作业，自动调整

截煤高度；

(3）控制系统具有运行姿态监测和自动调整功能，可对支架立柱、顶梁、底

座等的偏转角度进行实时监测，当某一监测参数出现大幅度偏离时，控制系统可

根据实际情况对支架运行姿态进行自动调整；

(4）控制系统具有人员识别和危险区识别功能，并设计有声光报警，实际生

产过程中当运行姿态、支护压力等参数超出控制范围或人员进入危险区时，会进

行报警，提醒井下作业人员进行人工干涉或规避风险，实现工作面安全作业；

(5）控制系统具有自动闭锁功能，可以根据操作人员的指令实现整个系统或

子系统的闭锁，当某个单一子系统闭锁时其他系统不受干扰，可以正常运行，大

幅度降低了安全事故的发生率；