ZY2800/16/33型掩护式液压支架改造实践

刘化江 李坚第

（山东景闰工程研究设计有限公司，日照 276800）

自20世纪50年代液压支架率先在英国研制成功以来，它极大地提高了煤矿地下开采的工作环境和安全度。我国在20世纪70年代开始引进和研制国产液压支架。

液压支架历经多年的不断发展和完善，作为综采工作面的三大配套核心设备之一[1]，投资占比为配套设备总投资的60%以上，直接影响工作面生产安全和高效回采，一直备受重点关注和研究。目前，我国液压支架的种类、产量及适用性方面均排世界首位[2-4]。

掩护式支架ZY2800/16/33型属于ZY系列掩护式液压支架，为20世纪80年代研制成功、较为成熟的一款液压支架，广泛应用于国内许多矿山的长壁综合开采工作面。该款支架工作阻力为2800 kN，支架最小高度为1600 mm，支架最大高度为3300 mm。

ZY2800/16/33型掩护式液压支架在某矿井引进使用，经长时间现场实践，支架暴露出很多设计配套等方面的不合理情况[5-7]。经过认真分析研究，决定对其进行相应的技术改造。

1 改造前存在的问题

1.1 作业空间小

当液压支架移架前进且未推溜时，由于立柱倾斜布置且顶梁较短，工作面作业空间非常窄小。当遇到采煤机组通过等特殊情况时，存在一定的不安全因素[8-10]。

1.2 护顶护帮效果差

液压支架护帮板窄而短，当支架靠齐排列时，支架与支架护帮板间隙大，支架护帮板无上摆角，支架支撑顶板的有效阻力小，容易造成煤壁和顶板碎石的跨落，从而影响工作面的生产作业安全。另外，支架原护帮板在工作面现场使用时护帮、护顶效果也比较差[11-13]。

1.3 立柱的应用效果差

液压支架采用二节加长式立柱，加长段采用机械加长杆，立柱升架和降架过程中加高打二节时极为烦琐，无形之中增加了工人的劳动强度[14-15]。工作面顶底板压力变化，立柱加高烦琐打二节时工人不断拆卸和安装，不仅增加了作业时间，而且极不安全。

2 技术改造实施方案

2.1 增大作业空间

经过研究并结合现场实践，将推杆加长15 cm可以增大作业空间，改善工作过程和环境存在的不安全因素，见图1。

2.2 增强护顶护帮效果

护帮板加宽加长，可使支架与支架护帮板间隙更加紧凑，有效避免煤壁垮落伤人和损坏设备等不安全因素，增强了支架的护帮和护顶效果，见图2[16-17]。

2.3 改进立柱支护方式

立柱采用双伸缩型，利用乳化液泵站的压力及液压传动原理伸缩立柱，可在较大范围内适应煤层厚度的变化，且可在井下随时进行调节，增强了支柱对煤层变化的适应性，见图3[18-19]。

3 改造后液压支架支护强度验算

经过改造后的ZY2800/16/33型液压支架如图4所示[20]。

3.1 经验计算支护强度

经验计算支护强度为：

式（1）中：Pt为支护强度，单位为MPa；K为顶板岩石厚度系数，取值为7.0；g为重力加速度，取9.8 m·s-2；H为采高，取3.0 m；γ为岩石容重，取2.4 t·m-3。将相关数值代入式（1），计算可得Pt为493.92 kN·-2，即约为0.5 MPa。

ZY2800/16/33型掩护式支架支护强度为0.66 MPa， 由支架所在工作面矿压参数知工作面支护强度应大于0.47 MPa。因为支架设计强度（0.66 MPa）＞计算支护强度（0.5 MPa）＞实际支护强度（0.47 MPa），所以改造后ZY2800/16/33型掩护式支架的支护强度可以满足工作面现场实际的支护要求。

3.2 支架阻力验算

根据容重法计算，有：

式中：K为顶板岩石厚度系数，取值为7；g为重力加速度，取9.8 m·s-2；H为采高，取3.0 m；γ为岩石容重，取2.4 t·m-3；sA为支护面积，取1.50 m×3.78 m。将相关数值代入式（1），计算可得q为2800.53 kN。由于支架合理工作阻力（2850 kN）大于现场支架支护阻力（2800.53 kN），因此ZY2800/16/33型掩护式支架改造后的工作阻力可以满足工作面支护要求。

4 结语

（1）ZY2800/16/33型支架技术经改造后，支护强度和工作阻力均满足支护要求，同时增大了作业空间，改善了护顶护帮效果，增强了支柱对煤层变化的适应性。

（2）ZY2800/16/33型支架技术改造后增加了经济效益。ZY2800/16/33型支架经现场提升改造后，技术参数更加合理，不仅大大提高了安全系数和工作效率，而且改善了综采工作面的运转工况，可以节省90%的立柱维修费用，具有较显著的经济效益。

（3）ZY2800/16/33型支架技术改造后提升了社会效益。支架经改造应用于现场后，避免了作业烦琐增加时长而造成的生产中断的问题，提高了采矿效率，完善了支护工艺，改善了工人在综采面的作业环境，降低了开采时发生顶帮垮塌导致的伤人毁物事故发生的概率。