ZZ7200/21/40型搬家回撤支架改造设计

摘要：由于ZZ7200/21/40型回撤搬家支架使用的地质条件改变，无法满足生产需要，根据客户要求对支架进行提高工作阻力改造设计，通过强度计算确定各部件安全系数，进而制定支架改造方案，本文对类似支架改造设计具有很好的参考价值。

关键词：回撤搬家支架 改造设计 工作阻力 液压系统

0 引言

2005年中国煤炭科工集团太原研究院设计ZZ7200/21/40型回撤搬家支架，见图1所示，主要应用于神东矿区回撤搬家巷道补强支护，为快速搬家工艺中重要组成部分，共生产200余架，在生产中发挥了重要作用。由于目前使用的工作面地质条件改变，顶板压力增大，所需支护强度提高，现有ZZ7200/21/40型支架安全阀频繁开启，无法满足生产要求，出于成本考虑应客户要求对该支架进行改造设计，提高工作阻力，经现场测试所需工作阻力为9000kN。

1.顶梁 2.掩护梁 3.前连杆 4.后连杆 5.底座

6.立柱 7.液压控制系统

图1 ZZ7200/21/40型液压支架

1 ZZ7200/21/40型搬家回撤支架介绍

1.1 回撤搬家工艺介绍[1]

综采工作面的搬家是综采生产矿井的重要准备工作，是实现高效安全生产的重要环节，也是直接制约工作面单产水平提高的关键因素。快速搬家技术是在传统搬家倒面技术基础上在采煤工作面停采线预先掘出两条平行于采煤工作面的辅助巷道，然后根据煤层的地质条件，搬家的技术装备、人员配置等情况在两条辅助巷道间掘出若干条联巷，构成辅助巷道多通道系统，简称为辅助巷道多通道，见图2。通过这些联巷可以实现综采支架的快速搬家回撤，而搬家回撤支架就是布置在辅助巷道里防止顶板来压、垮落，为综采支架回撤提供安全空间。

1.2 ZZ7200/21/40型液压支架技术参数

Z7200/21/40型液压主要由顶梁、掩护梁、前后连杆、底座及立柱和液压控制系统组成见图1，技术参数如下：

支架高度：2100～4000mm

支架初撑力：6160kN（P=31.4MPa）

支护阻力：7200kN（P=36.7MPa）

支护强度：1.19～1.21MPa

立柱

型式：双伸缩双作用式

规格：Φ250mm

总重量：17.92t

2 强度计算

ZZ7200/21/40型液压支架改造设计主要包括：立柱改造、结构件改造、液压系统改造。

2.1 立柱改造方案

工作阻力9000kN的条件下，根据ZZ7200/21/40型液压支架技术参数其使用Φ250柱，安全阀开启压力[2]

P= （1）

式中Q――工作阻力，kN；

n――立柱数量，根；

Φ――立柱直径，mm。

根据计算得：P=46MPa，ZZ7200/21/40型液压支架立柱使用160L安全阀，其开启压力无法满足要求500L/min大流量安全阀的开启压力可以达到50MPa，所以应更换流量500L/min安全阀。

2.2 结构件改造

在9000kN工作阻力条件下，支架各部件最大受力数据如表1：

表1 ZZ7200/21/40型液压支架在9000kN工作阻力各部件受力值[3]

表中：

F2――顶梁受掩护梁力，t；

F3――掩护梁受后连杆力，t；

F4――掩护梁受前连杆力，t；

F5――顶梁前部尖端力，t；

F6――顶梁后部切顶力，t；

F7――底座前端比压，MPa；

F8――底座后端比压，MPa。

支架各部件安全系数如表2。

表2 ZZ7200/21/40型液压支架在不同工作阻力下

各部件安全系数对比

分析表1、表2中的数据可以得出以下结论：

①顶梁安全系数低，不能满足使用要求，需要加强；

②底座安全系数较低，需要适当加强。

2.3 液压系统改造

在9000kN工作阻力下，立柱安全阀开启压力为46MPa，但是目前ZZ7200/21/40型支架使用160L安全阀，其开启压力不能达到46MPa，因此必须更换安全阀。在立柱控制系统中采取措施安装500L/min大流量安全阀，最高开启压力可以达到46MPa，满足使用要求。改造后液压系统图如图3所示。

图3 液压系统图

3 结构件改造工艺

根据改造方案对原ZZ7200/21/40型支架结构件加强[4]。

3.1 顶梁

原顶梁由于安全系数为0.85，不能满足使用要求，所以必须加强，经比较不同加强方案后，采用加焊箱体的方式，可增加顶梁断面抗弯截面系数且易保证施工质量。经过计算在顶梁顶板加焊120mm厚箱体，施工图见图3。

3.2 底座

后连杆及底座安全系数富余较小，采取贴板方式加强强度，见图4。

经过计算结构件改造后安全系数如表3所示。

表3 结构件改造后安全系数

从表3可以看出改造后各结构件安全系数可以满足使用要求。

4 结论

通过对ZZ7200/21/40型液压支架结构件加强和液压系统的改造，使其能够满足9000kN工作阻力条件并具备足够安全性，改造工艺简单易行，简化了生产流程又降低了生产成本。

参考文献：

[1]王安.现代化亿吨矿区生产技术[M].北京：煤炭工业出版社，2005：106-110.

[2]王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1999：133-138.

[3]赵宏珠.综采工作面矿压与液压支架设计[M].徐州：中国矿业大学出版社，1987：150-160.

[4]陈朝辉.ZZ3200/11/21型液压支架改造[J].煤矿机械，2013，

34（06）：179-180.

作者简介：

马平辉（1981-），男，陕西武功人，工程师，现从事液压支架设计及综采工作面三机配套研究。