ZC/6600/18/35型四柱支撑式充填液压支架研究

【摘 要】 ZC66001835型四柱支撑式充填液压支架是冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿研究的一种新型充填液压支架。该支架通过对掩护式支架改造设计可很好地提高该矿的超高水材料充填率、方便职工井下挂充填包操作、提高开采效率及更加方便维修。液压支架除了要有效的对顶板进行有效支撑，还要实现升、降、推、移四个步骤。通过对液压支架后顶梁及后挡板的改进可以更好为架后充填安全提供有力保障。

【关键词】 液压支架 支架部件 充填

1 液压支架的工作原理

液压支架在工作过程中，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作面性质不同的几个液压缸来完成的。

1.1 支架升降

当操作阀处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀液控单向阀5进入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。

1.2 支架推移

支架的前移和推移输送机是通过操纵阀和推移千斤顶3来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀置于推溜位置，高压液体进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆腔回液，这时输送机以支架为支点被推向煤壁。

1.3 支架承载过程

支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程，它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。（1）初撑阶段。在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀6立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。此时支架对顶板的支撑力为初撑力。（2）承载增阻阶段。支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。（3）恒阻阶段。随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高，当升高到安全阀5的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低。当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。由于安全阀的作用，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。此时，支架对顶板的支撑力成为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。

2 支撑掩护式支架特点

支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适用于各种顶底板条件。

支撑掩护式支架的顶梁由前梁与主梁构成，四根立柱支撑在顶梁和立柱之间，掩护梁的上端与顶梁铰接，下端用连杆与底座相连。这种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。它的支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾和后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上。

3 支架主要部件的设计要求

各部件设计要求要满足总体配套的要求，就是应满足采煤机、双输送机和支架配套的空间、架后包式充填开采要求。各部件设计的基本要求：（1）支架架型的确定根据煤层厚度2.5---3.5米，属于中厚煤层。支架的适应高度为2.2---3.6米煤质条件老顶II级、直接顶II级，底板平整，无影响支架通过的断层。（2）前梁由前梁千斤顶控制，可上下摆动15°，与顶板保持良好的接触，维护机道上方顶板。挑梁是和前梁铰接的可翻转支护板，由防片帮千斤顶控制，可及时支护，并超过水平线上挑3°---5°，拉架时收回，还可在移架后支护煤壁，以防止片帮。（3）顶梁。顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶作用。顶梁装有侧护板，活动侧装有千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸及调节支架间距。（4）掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。（5）底座。底座是将支架承受的顶板压力和侧向力传至底板。它既要有足够的强度和刚度，又应满足底板比压不超限。保证支架整体稳定性的关键是在底座上铰接四连杆机构，在底座中间设置有推移装置，侧面设置拉后输送机的千斤顶和推移杆。（6）推移装置。此机构关系到支架能否正常推移，由千斤顶和推移杆组成。推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成。（7）液压控制系统及立柱、千斤顶。液压系统由各液压件、管路系统组成，它应保证立柱、千斤顶完成支架要求的各种性能，并达到设计技术参数。

4 充填支架改进要点

为提高该矿的超高水材料充填率，将后尾梁厚度由300mm减小到200mm，让充填包更接近于顶板。为缩短充填包包间距，将充填包之间的一个支架隔离板改进，将架后可伸缩隔板宽度由1.5米缩短到0.8米，包间隔板紧挨可伸缩隔板，将充填包间距由1.5米缩短至0.7米。架后吊包固定环由3道增加到5道，提高充填包安全系数。提高支架工作阻力系数600KN，适应七采区下部煤层埋藏深矿压大实际；将侧护板高度由700mm减小到550mm，增大脚踏板人行空间，实现架内行走更通畅；在充填柱窝填充了聚氨酯海绵，解决煤埋柱窝不方便更换问题；改进铰接千斤顶和前后销轴的结构设计，解决原来铰接千斤顶前后销轴只能升到顶部才能更换问题，极大方便了开采中销轴的更换。

通过对ZC6600/18/35型四柱支撑式充填支架技术改造，大大提高了充填率，从而减少地表下沉量。通过对支架局部改造，更方便职工行走、搬运物料，更加便于技术工人对支架维修，提高职工工作效率。