ZF6400/17/28放顶煤液压支架研究

王 鹏 方 芳

（1.三一重型装备有限公司，辽宁 沈阳 110027；2.辽宁信诚人才服务有限公司，辽宁 沈阳 110870）

0 引言

放顶煤是针对中厚煤层开采发展起来的一种采煤工艺， 随着工作面推进，在支撑力的作用下，工作面上的煤体被压碎破裂，在支架尾部冒落放出的一种采煤方法。放顶煤采煤工艺不受煤层厚度限制，可实现一次采全高，提高了采煤效率，设备投资少，巷道布置简单。近年来，综采放顶煤技术取得了较快的普及和发展，并逐渐成为一种高产的采煤方法。该文综合考虑煤矿的具体开采条件，根据现有放顶煤液压支架应用技术，设计出ZF6400/17/28放顶煤液压支架。

1 开采煤矿工作面支护方案

开采煤矿工作面长度200m，工作面走向长度2000m，煤层平均厚度5.5m，工作面倾角小于25°，采面为右工作面。顶板条件为粉砂岩、泥岩、炭质泥岩，底板条件为粉砂岩、泥岩、炭质泥岩。煤层有夹矸，有断层，有片帮，瓦斯等级低，煤层埋深410m～500m。该煤层运输顺槽和回风槽为矩形断面，运输槽尺寸为4.5m×2.8m，回风顺槽尺寸为4.5m×2.8m，下井运输方式为斜井。

根据该矿井特点和地质条件，设计支护方案：布置中间支架ZF6400/17/28 共计132 架，过渡支架6 架，左右各3架，支架前端布置采煤机和刮板机，后端布置放煤输送机，右侧为转载机，工作面支护方案如图1 所示。该文针对中间支架，介绍了支架的结构形式、液压系统、技术参数等。

图1 工作面支护方案

2 放顶煤支架技术方案

2.1 组成

放顶煤中间支架主要由结构承力件、液压千斤顶和液压系统组成，具体如下。结构承力件。顶梁、底座、掩护梁、前后连杆、尾梁、插板等，各结构件之间通过销轴铰接；液压千斤顶。立柱、推移、尾梁、插板、侧推、抬底、护帮、底调等千斤顶；液压系统。操纵阀、液控单向阀、安全阀和各种规格的高、低压软管及其附件等。

2.2 结构形式

ZF6400/17/28 型放顶煤液压支架结构形式如图2 所示，采用正四连杆结构，主要包括顶梁、掩护梁、底座3个部分以及用于放煤的尾梁部分。

图2 放顶煤液压支架结构形式

顶梁为带有伸缩梁和护帮板的整体顶梁结构，如图3所示，整体顶梁可靠性高，结构稳定，对顶板压力有较强的平衡能力。侧护板为全长侧护板，能够提升支护效果，降低架间漏煤情况，提高顶板支护覆盖率。顶梁有4 根主筋，2 根内主筋，2 根外主筋，主筋材料为热轧高强度钢板HG70，厚度为25mm，顶梁中心距为770mm。顶板上有4个柱帽，为铸钢ZG275-485H 材质，顶梁前端有容纳伸缩梁的导向槽结构，顶梁末端有用于铰接掩护梁的安装孔，2 根主轴穿入其中。伸缩梁内置于顶梁前端导向槽内，伸缩千斤顶动作，伸缩梁伸出支护，护帮在托梁和托梁千斤顶的共同配合下完成支护动作。

图3 顶梁示意图

掩护梁用于连接顶梁和底座，同时用于安装尾梁，如图4 所示。掩护梁主筋厚度与顶梁相同，掩护梁前端有2 组安装孔，直径为105mm，用于铰接顶梁，掩护梁后端主筋抬高，内外主筋构成边腔用于安装前后连杆，在宽度方向上单边有5mm 间距。掩护梁后端还开有铰接孔，用于安装尾梁。前连杆为左右连杆组成的双连杆，后连杆为单一连杆，前后连杆采用新型连杆结构，由两侧主筋，钢筒和上下盖板组成，前连杆铰接孔中心距为1200mm，铰接孔直径为125mm，连杆宽度230m；后连杆铰接孔中心距为970mm，接接孔直径为145mm，连杆宽度330mm，连杆上有吊环和管环挂块等液压相关件。

图4 掩护梁示意图

支架底座为分体式刚性底座，如图5 所示，底座的底板是中间分开形式的，推移机构安装在它中间，与底板接触，前柱窝前端有镶嵌式过桥，底座后方为箱型结构式过桥。推移千斤顶采用倒装方式，推杆前端有连接头，抬底装置设计在底座中裆前端，靠近前过桥处。具有底调功能，底调结构由2 组液压缸组成，底调结构可以左右切换，在非底调侧采用封堵套筒将主筋上的开口封堵，防止底座体中有煤矸石进入。具有拉后溜功能，底调千斤通过链条带动支架后部运输机行走移动，底座两侧外主筋前后开水滴形吊装孔，用于整架吊装。

图5 底座示意图

放顶煤液压支架设计的关键是放煤机构的设计，在实际生产中要求放煤机构不仅能控制采煤层放下的煤，还要将大块煤破碎，便于刮板机运输。放煤机构如图6 所示，放煤机构由尾梁体、尾梁千斤顶、插板和插板千斤顶组成，尾梁与掩护梁末端铰接，铰接孔直径为85mm，2 组尾梁千斤顶左右对称布置，尾梁千斤顶固定端与尾梁耳板铰接，活塞杆端与掩护梁连接。插板千斤顶连接尾梁和插板，插板千斤顶动作，控制插板伸出或收回。

图6 放煤结构示意图

尾梁结构如图7 所示，外观尺寸为1420mm×980mm×250mm，由主筋、底板、盖板、横筋、框口组成，形成左右2 个边腔滑道，插板可以在尾梁的滑道内伸出或缩回。在横筋上的2 组方形耳板，用于安装插板千斤顶，盖板上的2 组半圆形耳板，用于安装尾梁千斤顶，尾梁前端有铰接孔，用于铰接掩护梁，两侧有护板，起挡矸石的作用。

图7 尾梁结构示意图

插板结构如图8 所示，外观尺寸为1310mm×750mm×193mm，由主筋、底板、盖板、横筋、纵筋、齿条组成，形成左右2 个结构箱型，箱型可插入尾梁结构件中。中腔末端横筋处有方形耳板，用于安装插板千斤顶，插板前端有阵列的圆锥状齿条，用于破碎大块煤。

图8 插板结构示意图

放煤动作原理为，通过操作尾梁千斤顶，驱动尾梁上仰或者下俯，达到松动顶煤或放煤效果，上仰极限为20°，下俯极限为40°。操作插板伸出，可挡住矸石落入尾部输送机，操作插板缩回，实现放煤，通过操作尾梁千斤顶和插板千斤顶的伸缩，完成放顶煤支架放煤动作。

2.3 液压和电控系统

放顶煤液压支架立柱采用230mm 缸径液压缸，4 柱支撑形式，行程为1100mm。顶梁、掩护梁之间分别设置了侧护板，侧推千斤顶采用80mm 的双作用液压缸，行程170mm，尾梁千斤顶为160mm 缸径，460mm 行程。液压管路连接乳化液泵站和各执行元件，各种操作阀控制液压缸动作，完成支护动作。

乳化液泵站额定流量：315L/min，额定工作压力：31.5MPa，主操纵阀带自锁功能，立柱和推移主操纵阀采用流量不小于200L/min，其他为125L/min。每根立柱都安装有流量250L/min 的安全阀，每根立柱选用200L/min 液控单向阀组，以确保支架泄压的可靠性。尾梁液压系统安装液控单向锁，流量125L/min，安全阀流量160 L/min。液压喷雾系统配置，前喷雾为每架1 套，后喷雾为每架1 套。液压支架前端设有前液压喷雾系统，实现移架时自动喷雾，保证采煤机割煤后有效灭尘，后喷雾实现尾梁下摆时自动喷雾。

该工作面采煤方式为采煤机、刮板机和液压支架三机配套方式，有中间支架、过渡支架合计132 架，采用智能电液控形式完成对三机的控制，实现智能开采。电液控系统主要由通信网络模块、控制系统模块、监控系统模块和辅助系统模块组成，通过以上模块的应用，实现了液压支架的自动支护、移架和推溜，可以配合采煤机、刮板机实现联动作业。该电液控系统的采用，提升了煤矿采煤效率，改善了煤矿工人的工作环境，使煤矿开采更加安全和高效。

3 支架技术参数

ZF6400/17/28 放顶煤中间支架主要技术参数见表1，液压系统中立柱主要技术参数见表2，千斤顶参数见表3。

表1 ZF6400/17/28 液压支架技术参数

表2 立柱技术参数

表3 千斤顶技术参数

4 结语

根据开采矿井工作面情况和地质条件，设计了ZF6400/17/28放顶煤中间支架，该文介绍了该支架的主要结构形式、技术参数、工作原理和电液控系统，由尾梁和伸缩小插板组成的放煤机构能够实现高效的放煤和破煤。该支架已经取得了国家《矿用产品安全标志证书》，在客户煤矿服役使用过程中，矿方反馈设备使用过程中运行状态良好，结构安全可靠，放煤效果好，采出率高，顶板适应性强，满足井下工作面支护和开采要求。结果表明，该型放顶煤支架设计合理，具备较强的示范性和推广意义。