大傾角大采高采煤工作面端頭自移式液壓支架的設(shè)計(jì)

1、山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 附錄：譯文大傾角大采高采煤工作面端頭自移式液壓支架的設(shè)計(jì)馬力強(qiáng)；張東生；張成國(guó)；曹新奇 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)關(guān)鍵詞：端頭支護(hù)；自移式液壓支架；大采高；大傾角摘要： ZTZL60000/25/45端頭自移式液壓支架的研制不僅是為了滿(mǎn)足大傾角大采高采煤工作面的需要，而且大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。不僅提高了端頭支架的強(qiáng)度，提高了支護(hù)的安全性和可靠性。先進(jìn)的支護(hù)方式解決了工作面預(yù)留的三角煤?jiǎn)栴}，提高了支護(hù)效率，降低了支護(hù)成本，而且回采大巷的高度增加了，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益引言 帶有金屬鉸接頂梁的單體液壓支柱通常作用于工作面端頭以及雙巷。根據(jù)巷道斷面和頂板壓力為了保證逃生暢通確定了支護(hù)參

2、數(shù)。然而，帶有金屬鉸接頂梁的單體液壓支柱的端頭支護(hù)仍有一些突出的問(wèn)題，比如較低的支護(hù)強(qiáng)度，較慢的支護(hù)速度，高成本高勞動(dòng)強(qiáng)度以及安全性較差。支護(hù)范圍是問(wèn)題的關(guān)鍵，特別是運(yùn)輸平巷道，由于多種設(shè)備在這運(yùn)轉(zhuǎn)，而且他們必須隨著工作面推進(jìn)移動(dòng)，導(dǎo)致支撐難度大。因此，工作面和回采巷道的端頭支護(hù)總是成為一個(gè)影響生產(chǎn)的制約因素。 引進(jìn)先進(jìn)的自移式液壓支架是解決上述問(wèn)題的一個(gè)有效途徑。由于設(shè)備安裝復(fù)雜的緊密關(guān)系最后支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)似乎是更困難的。ZTZL60000/25/45端頭自移式液壓支架是基于現(xiàn)有支護(hù)的各種特點(diǎn)和用途分析，取代了帶有金屬鉸接頂梁的單體液壓支柱轉(zhuǎn)載時(shí)機(jī)械化的卸壓和移架，具有支護(hù)的范圍大，穩(wěn)定性好

3、，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，克服了常用支護(hù)方法頂板的支護(hù)效果差的同時(shí)，也解決了工作面預(yù)留三角煤的有關(guān)問(wèn)題。1 地質(zhì)條件 3號(hào)煤層是高莊煤礦3509工作面開(kāi)采，平均厚度5.5m和19平均傾角（最大42）。綜放全厚采用大采高開(kāi)采，在開(kāi)采深度范圍從-300到-500米。3509工作面運(yùn)輸大巷的最大高度3.75m最大寬度3.80m。運(yùn)輸大巷的設(shè)備種類(lèi)和管線(xiàn)敷設(shè)情況如圖a.1所示。圖A.1 3509工作面運(yùn)輸大巷剖面圖 2 支護(hù)類(lèi)型和主要參數(shù)2.1支護(hù)類(lèi)型 根據(jù)最終的支護(hù)方式和皮帶輸送機(jī)之間的匹配關(guān)系，它分為部分控制支護(hù)，中央控制支護(hù)和終端控制支護(hù)。中央控制支護(hù)可依靠一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)性能，它主要應(yīng)用于下列條件：

4、2.2.1巷道高度 因?yàn)橛嘘P(guān)于不同煤層厚度的巷道變化不大，中央控制支護(hù)實(shí)用性較高，能適應(yīng)巷道不同的高度。2.1.2巷道寬度 移架的位置在巷道和中央控制支護(hù)中間而且寬度足夠大，巷道兩側(cè)留給行人和設(shè)備的空間足夠大。2.1.3巷道斷面形式 中央控制支護(hù)通常放置在梯形巷道，然而，用局部控制支護(hù)相同的方法也可用于該拱形巷道。傾斜梯形巷道中，在頂梁與掩護(hù)梁之間設(shè)計(jì)幾個(gè)多種規(guī)格的連接片，產(chǎn)生一定的橫向傾斜角之間的中點(diǎn)適應(yīng)屋頂和地面的夾角，產(chǎn)生一定的橫向傾斜角來(lái)適應(yīng)頂?shù)装宓膬A角。2.2主要參數(shù)2.2.1性能匹配 端頭支架和刮板輸送機(jī)是如圖a.2所示的接頭形式，其中縱向空間的長(zhǎng)度La應(yīng)滿(mǎn)足以下方程，即 LA W

5、h + Sd +200（mm） (a.1)式中：Wh-刮板輸送機(jī)寬度，mm Sd-底排步距，mm LA-刮板輸送機(jī)機(jī)頭最大寬度，mm 刮板輸送機(jī)的中心線(xiàn)和端部支撐是垂直分布的，而且機(jī)頭移動(dòng)在尾端支護(hù)的垂直空間內(nèi)，當(dāng)刮板輸送機(jī)頭部往前移動(dòng)時(shí)依靠過(guò)渡支護(hù)并且在端部支撐的垂直空間應(yīng)大于所述機(jī)頭水平距離的最大尺寸和移動(dòng)步距。 與刮板輸送機(jī)寬度相匹配的優(yōu)越的支護(hù)體系的刮板輸送機(jī)寬度為2815mm，底排步距是800mm，刮板輸送機(jī)機(jī)頭最大寬度3815mm。2.2.2行人道的要求， 在端頭支護(hù)的最小通道寬度應(yīng)大于500mm，在支架頂梁上方應(yīng)留設(shè)不小于525mm的永久保護(hù)煤柱，這樣就能為行人通道提供550mm

6、的支護(hù)和保護(hù)空間，對(duì)人行道的支護(hù)如圖a.3所示。 圖A.2 端頭支架和機(jī)頭 圖A.3 行人道的末端支護(hù) 2.2.3巷道的適應(yīng)性 由于垂直距離的超前支護(hù)，支架很容易偏，因此一套調(diào)架裝置被放置在頂部和底梁，包括齒條千斤頂，如圖a.4所示。2.2.4尾端支護(hù)和移機(jī)匹配 作為中央控制或部分控制端支護(hù)，刮板輸送機(jī)被放置在在支柱下，所以順槽寬度應(yīng)能適應(yīng)輸送機(jī)機(jī)的選定類(lèi)型，并順槽的寬度被設(shè)計(jì)為1425毫米。2.2.5合理的支護(hù)強(qiáng)度 根據(jù)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)幾種采煤工作面，平行于工作面前30m的部分的支護(hù)強(qiáng)度是采煤工作面平均支護(hù)強(qiáng)度的80%，而30m后的工作面則是70%。 圖A.4 調(diào)整機(jī)架單元 圖A.5 ZTZL6

7、0000/25/45 示意圖 3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和參數(shù)3.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)ZTZL60000/ 25/45中央控制支持24列. (2)由于整個(gè)主體框架長(zhǎng)，為了運(yùn)動(dòng)的方便頂梁和底座被分成分段結(jié)構(gòu)，頂梁配備了擋板，它可以通過(guò)自我移動(dòng)對(duì)裸露的頂板進(jìn)行支護(hù) (3)頂梁和底座分為四個(gè)主要部分,每一個(gè)都由三個(gè)部分組成,可有效適應(yīng)頂部和底部的變化。 (4)在頂梁的兩側(cè)的所有非可收回煤板可以放置成垂直位置，以適應(yīng)變化的巷道寬度。(5)穩(wěn)定措施 為了減少的四桿連桿銷(xiāo)孔的間隙，孔的尺寸被設(shè)計(jì)成115H11（0.22,0），軸被設(shè)計(jì)為114.5h10（0，-0.14），以確保該間隙范圍從0.5至0.86毫米。 這也可以

8、有效地控制鉸接區(qū)域的水平間隙降低光束對(duì)準(zhǔn)，并增加了穩(wěn)定性。 側(cè)護(hù)板是由彈簧控制液壓千斤頂，和電液控制系統(tǒng)可同時(shí)側(cè)推千斤頂。3.2 主要技術(shù)參數(shù) ZTZL60000/25/45的基本參數(shù)如圖a.5所示?？倢挾?395毫米，并且間隙寬度1395毫米。千斤頂?shù)鬃偷匕逯g的距離為1140毫米，并且主要技術(shù)參數(shù)示于表1。 表a.1 ZTZL60000/25/45主要技術(shù)參數(shù) 名稱(chēng)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)構(gòu)成24列2列一組額定壓力0.6-0.78Mpa高25004500 mm泵壓力31.5 MPa寬24654295 mm經(jīng)營(yíng)模式本地工作阻力60000 kN牽引步距800mm支護(hù)強(qiáng)度0.61-0.77 MPa重171

9、t4 幾何和力學(xué)參數(shù)計(jì)算 在支架上進(jìn)行應(yīng)力分析，以及支撐結(jié)構(gòu)和尺寸示于圖a.6。分別對(duì)前梁頂梁和掩護(hù)梁進(jìn)行分析,如圖a.7所示。 圖A.6 結(jié)構(gòu)示意圖和尺寸代碼 (a.2) 將前梁和頂梁分離出來(lái)，選取矩心為頂梁和掩護(hù)梁的交點(diǎn)，如圖a.8所示。 （a.3） （a.4） （a.5）聯(lián)立方程(2),(3),(4),(5) （a.6） 圖A.7 前梁，頂梁，掩護(hù)梁受力分析圖圖A.8 前梁，頂梁受力分析圖 （a.7） （a.8） 其中 （a.9） 把F分成Fa和Fb，其中Fa是頂梁的合外力，F(xiàn)b是前梁的合外力，如圖a.9所示。 Fa +Fb =F, Fa(x1c)=Fb(lx1+x1) （a.10) 前

10、梁的受力分析，如圖a.10所示，下面是方程， (a.11) 圖9 前梁頂梁力的分解 圖10 前梁受力分析圖 聯(lián)立方程（10）（11） (a.12) (a.13) (a.14) (a.15) 對(duì)掩護(hù)梁的受力分析，并對(duì)強(qiáng)度校核可以參考驗(yàn)證危險(xiǎn)截面在每個(gè)結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方法，以及安全系數(shù)應(yīng)符合MT/ T556的設(shè)計(jì)規(guī)范。5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 該支架在3509工作面運(yùn)輸巷道和回風(fēng)巷道中的應(yīng)用如圖a.11所示。先進(jìn)的支護(hù)確保了雙向道路的安全性和可靠性。結(jié)果顯示，機(jī)械化作業(yè)率達(dá)到80，平均每天的生產(chǎn)能力是百萬(wàn)噸，累計(jì)收益173.9億人民幣。 全面支護(hù)狀態(tài) 側(cè)向支護(hù)狀態(tài) 掩護(hù)板工作狀態(tài) 連接器的工作狀態(tài) 圖A.11 雙向巷道超前支護(hù)工作狀態(tài) 6 結(jié)論 (1)ZTZL60000/25/45型自移式液壓支架不僅是在幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式分析合理可靠，而且截面設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和井下應(yīng)用的一致性。 (2)ZTZL60000/25/45型自