ZTC12800/20/38型超前支护液压支架的研制

姚艺武

1 超前支护现状及研究的意义

随着综采工作面机械化程度和单产的快速提高，运输、通风和开采工艺对两巷断面尺寸要求越来越大，传统的工作面超前支护方式从支护能力、支护速度、支护高度、自动化程度、可操作性、安全性等方面都不能适应安全高效综采工作面对超前支护的要求，两巷超前支护已经成为制约工作面高产高效的瓶颈。

国内传统的工作面两巷超前支护方式是人工使用单体液压支柱配合铰接顶梁支护顶板。这种人工方式支护强度低，支护面积小，劳动强度大，回柱危险性大，支护工艺技术落后，用人多，不利于安全生产，不能满足高产高效矿井的要求。因此，研究开发机械化、高效率、更安全的新型两巷液压支架，实现两巷超前液压支架支护与工作面大功率装备的全面配套具有重要意义。

2 超前支护液压支架的设计要求

针对单体液压支柱超前支护的局限性，在借鉴综采工作面所用液压支架的基础上，研制超前支架代替传统的超前支护方式进行超前支护。要求超前支架满足以下主要技术要求：

1)两巷超前液压支架能适应支护断面尺寸的变化，有效地维护端头及两巷的断面空间;护巷、护帮效果好，能有效地控制巷道变形，确保足够的运输和行人空间。

2)支架动作轻便灵活，能够和工作面其它设备有效协调配合，拉移动作便捷快速。

3)机械化程度高，操作简易，大大减轻繁重体力劳动。

4)支架结构简单，性能可靠。

5)支架应与工作面的巷道尺寸、地质条件、配套设备等相适应，具有方便使用的性能。

6)要保证较大的无立柱空间，以保证端头处设备的正常运转以及顺利前移。

3 超前支架主要技术参数与结构特点

ZTC12800/20/38超前支护支架是为适应西山矿区特殊的地质条件和工作面设备布置的需要而研制和开发的。针对不同工况和使用高度，对支架主要部件受力情况(运动学参数)进行了科学的计算、模拟和优化设计，逐步完善了支架的结构型式和零部件。

ZTC12800/20/38型超前液压支架的代号意义分别为：

ZTC—工作面端头巷道超前支架;

12800—支架工作阻力，kN;

20—支架最低高度，20 m;

38—支架最大高度，3.8 m。

1)结构特点。

a)ZTC12800/20/38型超前液压支架基本架型为左右两架一组，前后两组组成超前液压支架，见图1。

图1 ZTC12800/20/38型超前支护液压支架示意图

转载机、破碎机布置在两组支架左右底座中间。支架顶梁采用条梁结构，左右顶梁间采用调架千斤顶调架，各顶梁左右设有护顶大侧翻板防止漏矸。顶梁前后还设有前梁更好的对巷道顶板进行支护，各前梁左右设有小侧翻板防止漏矸。

b)本支架采用四连杆稳定机构。

c)因为两组超前支架顶梁加前梁护顶长度约为17 m，为保证支架的稳定性，支架设计为刚性整体顶梁和底座，前后左右4个顶梁4个底座通过斜梁、前后连杆分别组成4个独立的四连杆稳定机构，保证了支架的稳定性。

d)该巷道超前支架条梁式左右底座间距为1 290 mm，用于布置安装转载机、破碎机。

2)主要结构件。

a)顶梁：本超前支架共有前后左右4个顶梁，直接与巷道棚梁接触，是支架的主要承载部件之一，结构都是箱形断面，具有很高的抗扭抗弯曲强度，每个顶梁通过斜梁四连杆结构与底座连接，顶梁没有活动侧护板。

b)底座：由于超前支架比较长，为便于井下运输及安装，每一组超前支架共有前后左右4个底座组成，左右底座为分离结构，中间用于布置转载机破碎机，其结构为箱形断面，具有很高的抗扭抗弯曲强度，底座通过连杆斜梁结构件与顶梁连接。

c)斜梁：斜梁和前后连杆底座组成四连杆结构，其作用是使端头支架有良好的稳定性和运动轨迹，结构为箱形。

d)前梁：前梁具有少量的上翘下摆性能，可弥补顶梁对顶板不平度变化的适应性，同时也可作为对顶板的辅助支护部件，前梁部件为箱形结构件，本超前支架共有8个前梁结构件。

e)大侧翻板、小侧翻板：该超前支架共有8个大侧翻板16个小侧翻板，通过销轴铰接与顶梁及前梁连接，再通过48个侧翻千斤顶使大小侧翻板上翘下摆达到护顶收缩性能。

f)前后连杆：前后连杆上下分别与斜梁和底座通过销轴铰接，共同形成四连杆机构，其主要作用使支架在调高范围内，顶梁前端与煤壁的距离(梁端距)变化尽可能小，更好地支护顶板。承受顶板的水平分力和侧向力，使立柱不受侧向力。

3)支架的操作。

本超前支架是由前后左右4架组成、分别操纵控制。4组操纵阀分别布置在各架底座前柱窝前部，由4个人分别控制组成超前支架的4个支架。

正常工作时操作顺序：

a)推架：分别操纵超前支架前面一组左右支架护顶千斤顶收缩使大小侧翻版下摆、操纵立柱降架，使顶梁离开顶板或顶棚，操纵推移千斤顶伸出对前组支架进行推架，推架到位后升立柱支撑顶板、伸护顶千斤顶使大小侧翻版上翘护顶增大护顶面积。

b)推移转载机、破碎机：操纵工作面巷道端头支架推移千斤顶推移转载机、破碎机，(可操纵超前支架后一组支架推移千斤顶辅助推移)。

c)拉架：分别操纵超前支架后面一组左右支架护顶，千斤顶收缩使大小侧翻版下摆、操纵立柱降架，使顶梁离开顶板或顶棚，操纵推移千斤顶收缩，对后组支架进行拉架，拉架到位后，升立柱支撑顶板、伸护顶千斤顶使大小侧翻版上翘护顶，增大护顶面积。

4 效益

ZTC12800/20/38型超前液压支架替代单体支柱进行超前支护，安全可靠，支护工作效率高，有利于提高工作面推进速度，大大提高了工作面单产水平，经济效益显著。超前支护支架机械化程度高，实现了工作面超前支护的自动化，大大降低了工人的劳动强度，安全性好，为综采工作面的安全提供了更为有利的保证，具有良好的社会效益。