煤礦液壓支架大流量技術改造

1、煤礦液壓支架大流量技術改造譚振義 韓家明 王鳳利摘 要：隨著綜采技術的不斷發(fā)展，綜采工作面支護設備液壓支架的升降架、推溜和移架的時間成為制約提高工作面產(chǎn)量的一個至關重要因素，分析了液壓支架效率低、性能差的不足，通過對液壓支架液壓系統(tǒng)大流量的改造和增加初撐力保持閥，提高綜采工作面液壓支架的升降架、推溜、移架的速度和綜采工作面的產(chǎn)量。關鍵詞：液壓支架大流量；自動初撐；綜采工作面；高效高速；改造 作者簡介：譚振義（1960-）男,黑龍江齊齊哈爾人,副教授,畢業(yè)于原黑龍江礦業(yè)學院機械設計制造專業(yè),現(xiàn)任職于呼倫貝爾學院工程分院,一直從事專業(yè)教學和科研工作。* 課題立項：本文為2008年內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學

2、?？茖W研究項目煤礦液壓支架高效及自動化設計研究階段性成果之一。課題批準號：NJSY07167。課題負責人：譚振義。21世紀，隨著人口增長和經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的需求，我國煤炭總量將長期保持高增長態(tài)勢，為了滿足對煤炭高增長的需求，近年來綜采技術不斷提高，煤炭企業(yè)對綜采工作面生產(chǎn)效率的要求也隨之提高。因此采煤工作面機械化程度不斷改善，大功率采煤機組、刮板運輸機、乳化液泵站及大流量、高強度、高可靠性的液壓支架不斷投入綜采、綜放工作面，單工作面煤的產(chǎn)量也由原來年產(chǎn)幾十萬噸，到現(xiàn)在的幾百萬噸。而作為綜采工作面支護設備的液壓支架的升降架、推溜和移架的時間成為制約提高工作面產(chǎn)量的一個至關重要因素。為此液壓支架不斷推

3、陳出新，新的設備由小流量向大流量改進，這樣可縮短升降架以及推前刮板運輸機和支架推移時間，進而提高采煤效率。過去使用的小流量、低效率設備隨之閑置和淘汰，浪費了企業(yè)的大量資金（一套液壓支架總價格為2000萬至2500萬之間）。如何使這些低性能、小流量支架改成大流量支架，應用到現(xiàn)在高性能、高效率、大功率的綜采工作面，實現(xiàn)設備配套，是我們煤炭企業(yè)急待研究解決的重要課題。一、 液壓支架改造方案確定的理論依據(jù)液壓支架的工作特性如圖1所示：液壓支架依靠高壓液體、立柱和相應的動力千斤頂實現(xiàn)升降架、推溜和移架四個基本動作，根據(jù)頂板與支架間的相互力學作用原理來分析，液壓支架立柱的一個完整的工作循環(huán)過程分為四個階段

4、，即初撐（）、增阻（）、恒阻（）、降柱移架（）。初撐力增阻階段：升柱時，從頂梁接觸頂板，至立柱下腔液體壓力較快上升到泵站壓力為止。每架支架的初撐力為(N)：立柱升降架速度為(mmin)：式中：每架支架的立柱數(shù) 泵站的額定壓力(Mpa)油缸容積效率 進入立柱油缸的流量(L/min) 支撐效率 立柱油缸活塞面積(cm)依據(jù)上述分析計算，為了提高立柱升降架、推溜、移架速度和支架的承載能力，在不改變液壓支架總體結構的前提下，最大限度的減少改造資金，液壓支架改造的最佳方案是；增大流量和實現(xiàn)自動初撐。二、大流量改造方案和工藝2.1 大流量件的選擇方案大流量的改造是為了提高各類立柱和千斤頂?shù)墓ぷ魉俣龋罁?jù)液

5、壓支架工作特性，只有增加其流量才能滿足要求。改造前液壓支架所配備的乳化液泵為：MRB125/31.5，其流量為125L/min，壓力為31.5Mpa，液壓支架的升降架、推溜和移架的速度慢、性能差，與工作面主要生產(chǎn)設備不配套，嚴重制約工作面產(chǎn)量的提高。為了滿足高效、大功率生產(chǎn)的要求，大流量改造方案是；首先提高主泵的流量，根據(jù)目前國產(chǎn)泵流量有200L/min和315L/min，或更大流量泵，考慮與工作面主要生產(chǎn)設備配套性和高效生產(chǎn)的需要，乳化液泵流量選擇為200L/min，并考慮整體供液管路和閥、鎖及其附屬液壓元件的再利用和降低改造成本，。泵流量增至200L/min,，提高了60%，則工作機構速度

6、也相應提高1.6倍。為了避免工作機構因流速提高導致脈動沖擊而損壞，改造過程中對供液管路和各類閥鎖做了相應配套改變，具體分析為：進回液管應與主泵流量增幅相當，各類閥增幅可適當增大，以減小流速，延長使用壽命。2.2 主要零部件改造工藝方案泵、閥、管路的更換改型，從總體上改變了系統(tǒng)的流量，同時也要對下述主要零部件進行改造，使之與系統(tǒng)相匹配。立柱、千斤頂缸體的改造工藝：將支架立柱、千斤頂缸體固定用立鉆將上腔進液孔由原來的10孔擴至按原圖要求焊固立管、護套、接頭座組裝高低壓試驗。2.3 操縱閥改造方案掩護式支架一般設置一組操縱閥，大流量改造，其主要任務是改變立柱和推移千斤頂?shù)牧髁浚虼丝芍粚⒖刂七@兩個工

7、作機構的閥片更換成大流量閥片即可。三、液壓支架自動初撐的改造：3.1改造前立柱操縱原理如圖2所示：液壓支架初撐力完全靠人工操作給壓，使其在工作面接觸頂板達到初撐力，支架工作效率低，而且由于人工操作易產(chǎn)生因操作不當（操縱閥手把扳到升架位置后，未保留或保留時間不夠即復位停止供液）而使初撐力降低，極大地影響了整個工作面支護能力及安全可靠性。為此通過分析液壓支架工作原理及工作特性，增加初撐力保持閥來彌補這些不足，保證初撐力和提高支架工作效率。3.2 改造后增加初撐力保持閥立柱操縱原理如圖3所示：在控制立柱升架液壓管路中，為了確保工作面頂板支護、縮短升架時間，增加一組初撐力保持閥（支撐掩護式支架為兩組）

8、，將其壓力調(diào)整為立柱的初撐壓力，并與主管路相連接。工作原理為：扳動操縱閥，一部分工作液直接打開單向閥進入兩個立柱下腔，另一部分工作液進入初撐力保持閥打開閥內(nèi)的兩位閥使其導通，頂開兩側鋼球，輔助供液管中的工作液通過初撐閥管接頭A、B分別進入立柱下腔，立柱升柱接觸頂板。當支架達到初撐力時，初撐閥內(nèi)的兩鋼球在彈簧力作用下復位，使兩位閥關閉，輔助供液停止。操縱閥可瞬間動作，直接回零位，液壓支架自動接觸頂板，達到初撐力后自動停止。這樣同時動作幾部支架，節(jié)約了升架時間，保正工作面支架全部達到初撐力狀態(tài)。由于該閥通過接頭C直接接在主進液管上，不受操縱閥的影響，因而不論操縱閥是否停止供液，壓力液體仍能通過此閥進入立柱下腔，使立柱下腔壓力升高，直至達到初撐力，實現(xiàn)自動初撐。四、結束語煤礦綜采工作面液壓支架經(jīng)大流量技術改造和在控制立柱液壓管路中增加初撐力保持閥，使低性能、小流量的液壓支架流量提高了60%，工作機構速度相應提高1.6倍，液壓支架實現(xiàn)自動初撐，縮短了升降架、推溜和移架時間，大大提高了綜采工作面采煤效率。這些經(jīng)大流量技術改造后的液壓支架，通過在大雁煤業(yè)公司第二煤礦井下使用達到了預期的效果，單工作面每年可多生產(chǎn)原煤60萬噸，改造一套ZFS400支架(120部)僅需改造資金120萬元（其中：材料配件費80萬元，人工費40