矸石充填液压支架的设计探讨

摘 要：随着人们对雾霾、环境污染的认识，矸石山的存在滞缓了煤炭企业的生产，它不仅占用大量的土地资源，而且经常发生自燃、滑坡等事故，造成了严重的环境破坏。

关键词：矸石；充填液压支架；四连杆；受力

1 概述

矸石井下充填是矸石处理利用的有效途径，该技术可以用矸石置换出煤矿“三下”永久煤柱的煤炭资源，有效减少地面沉陷，而且可以实现矸石不上井、地面不建矸石山，节省矸石山占地；消除矸石山的灰尘、固体颗粒、有害气体、自燃发热对周围环境污染的问题，以达到综合治理煤矿矸石的目的。

2 充填液压支架

图1所示液压支架为一种矸石充填液压支架，该支架是邢台机械厂针对冀中能源股份有限公司邢东矿的具体地质条件和生产要求而设计的。

矸石充填液压支架是煤矿井下机械化采煤工作面支护设备，用于维护采煤工作面顶板稳定，为采煤机、输送机和工作人员提供安全的工作空间，并能推动工作面输送机向煤壁方向移动，同时还可以以输送机为支点，实现支架的自移，从而实现综合机械化采煤；同时，利用输送机输送的矸石对采空区进行充填并夯实。

支架设计参数及受力：

2.1 支架前端四连杆主要参数组成

2.2 支架结构主要特点

（1）支架采用正四连杆机构，上连杆为Y型连杆，前连杆为单连杆，后连杆为单连杆，上连杆上铰接点与前后顶梁铰接点重合。

（2）采用倒装整体推杆的设计。

（3）支架底座为全开档式。

（4）底座后面带单伸缩能摆动的捣实机构，捣实机构落料距不小于150mm；捣实机构框板下沿增加耐磨层，并保证加工质量。

（5）支架各主要铰接销轴的轴孔配合间隙为1mm，并采用淬火销，固定销轴的方式采用高强度挡板式结构。

（6）充填刮板机接链环考虑采用新结构，缩短连接尺寸，并可以调整长度。

2.3 支架受力技术参数

（1）技术参数【摩擦系数：0.2， 平衡千斤工作阻力：-1242KN】

工作高度：3000～5000mm 后端比压：0.4376～2.0018Mpa

平均比压：1.1014～1.3136Mpa 支护强度：0.603～0.7161Mpa

支护效率：1.342～1.601 前端比压：0.6255～1.7899Mpa

（2）顶梁

立柱处最大弯矩：6908.5KN*m【摩擦系数：0.3；支架高度：5000mm；工况：顶梁前端扭转】

顶梁最大扭矩：1260.3KN*m【摩擦系数：0.3；支架高度：5000mm；工况：顶梁前端扭转】

（3）掩护梁

前连杆处最大弯矩：2859.4KN*m【摩擦系数：0.3；支架高度：5000mm；工况：顶梁偏载】

掩护梁最大扭矩：2592.3KN*m【摩擦系数：0；支架高度：3000mm；工况：顶梁偏载】

（4）连杆

前连杆最大轴向力：-8056.5KN【摩擦系数：0.3；支架高度：5000mm；工况：顶梁偏载】

前连杆最大扭矩：1668.2KN*m【摩擦系数：0.3；支架高度：3000mm；工况：顶梁偏载】

后连杆最大轴向力：8559.7KN【摩擦系数：0.3；支架高度：5000mm；工况：顶梁偏载】

后连杆最大扭矩：1676.4KN*m【摩擦系数：0.3；支架高度：3000mm；工况：顶梁偏载】

（5）底座

立柱处最大弯矩：3565.3KN*m【摩擦系数：0；支架高度：4610mm；工况：底座前端扭转】

底座最大扭矩：2426.4KN*m【摩擦系数：0；支架高度：4660mm；工况：底座前端扭转】

2.4 受力分析

通过计算，该型号矸石充填液压支架顶梁、底座的安全系数能满足大于1，上连杆、前后连杆的安全系数能满足大于1.3，总体安全性满足邢东矿的实际要求。

3 总结

该矸石充填支架，不仅提高了煤炭资源回收率，也为煤炭企业治理矸石提供了切实可行的办法，对建设绿色、环保矿山具有重大意义。

作者简介：庞社宾（1985-），2010年毕业于河北工程大学机械设计制造及其自动化专业，助理工程师。