姜亚楠
(山西晋城煤业集团 金鼎公司，山西 晋城 048006)
摘要：介绍了大采高工作面的地质条件，确定了支架参数，并总结了支架的设计特点，重点叙述了支架制造工艺水平和控制系统的组成及特点，可为煤矿支护设备研制参考人员提供。
关键词：液压支架；大采高；高可靠；研制
大采高工作面具有回采率高、单工作面产量大、生产工艺简化、可一次采全厚等特点。目前，随着人们对能源需求的不断增加，各矿井为提高效益也在不断加大单工作面产量，大采高工作面布置越来越多，煤矿企业应用大采高支架也越来越多。
某煤矿大采高工作面概况如下：井田内稳定可采煤层为山西组的3号煤层和太原组的15号煤层，开采深度为620 m～360 m。3号煤层：位于山西组下部，煤层最厚6.91 m(2 170、2 133孔)，最薄1.65 m(DN03孔)，平均厚度4.74 m。煤层稳定，厚度变异系数为21.09%，可采系数为100%，为全井田可采之稳定煤层。该煤层结构简单，一般含夹矸0～2层，最多达6层(2 040孔)，以上部及下部夹矸较为常见，井田内煤层厚度变化规律明显，东部、北部和西部煤层厚度一般在5.0 m以上，中部及南部煤层厚度变薄，一般在3 m～4 m左右。煤层顶板为粉砂岩、泥岩或砂岩，底板为泥岩或粉砂岩。工作面切眼长度设计为250 m，顺槽长度为1 846 m。工作面顺槽断面为矩形断面(宽5.5 m×高3.8 m)。
根据该煤矿目前煤层的赋存条件，研究井下首采区地质条件，对支架的高度、工作阻力及稳定性和可靠性等进行合理的分析，提供满足其今后发展要求的液压支架，是实现支架的高智能化、高可靠性、安全性和实用性，更好地满足矿井长期煤炭生产的需要。
2.1 合理选择支架参数
(1) 根据该煤矿工作面地质条件、矿井现有提升和运输条件并结合目前国内液压支架研制水平，进行支架合理支护高度分析，确定支架最大高度为5.5 m。
(2) 根据煤矿煤层实际地质条件，通过对5.5 m支架工作阻力进行经验估算、理论计算、数值模拟，并与类似工作面生产情况进行对比分析，发现对于5.5 m支架而言，15 000 kN的支架工作阻力较为合理，能够满足工作面顶板的正常维护要求，有利于改善工作面存在的条件，提高工作面的安全系数，最大限度地提高矿井效益。
(3) 支架型号为ZY15000/25/55D(两柱掩护式+伸缩顶梁+铰接式三级护帮)，其可配套设备为：采煤机MG1100/2860-WD(太矿)；刮板输送机 SGZ1250/3×1 200。
支架额定工作阻力为15 000 kN(p=38.2 MPa)；支架额定初撑力为12 370 kN(p=31.5 MPa)。支架高度为2 500 mm～5 500 mm；支架中心距为2 050 mm；支架支护宽度为1 880 mm～2 130 mm；支架平均支护强度为1.2 MPa～1.3 MPa；平均底座比压为2.6 MPa～2.8 MPa；适应煤层倾角≤10°；操纵方式为电液控制；梁端距控制在550 mm左右；伸缩梁行程为800 mm。
2.2 支架结构设计特点
(1) 顶梁和掩护梁间夹角在175°～178°时有机械限位，此时平衡千斤顶尚有一定的富余液压行程，使平衡千斤顶不会受到机械力的过度拉伸，保护了平衡千斤顶及其连接耳板；支架在最大高度、顶梁前倾15°时，顶梁和掩护梁间有机械限位；当支架降到最低时，底座和前连杆之间有机械限位装置。
(2) 基本架在2.55 m～5.5 m时的梁端距变化范围为479 mm～596 mm，总变化量为117 mm，采高5.0 m时不超过505 mm。
(3) 支架顶梁后部和掩护铰接处采用“屋檐式”设计，从而保证了支架顶梁与掩护梁之间连接处不漏煤；并确保活动侧护板伸出时的侧向密封，顶梁和掩护梁侧护板上的安装工艺孔均有挡板封闭。
(4) 支架的底座采用整体半刚性结构，底座两边箱体通过前部过桥和后部箱体连接成整体，底板完全开档，确保底座排煤通畅；支架立柱采用压板结构固定，推移千斤顶与底座的连接采用挡块加横销的结构型式，抬底装置安装和拆卸空间加大，使立柱、推移千斤顶和抬底装置等均能独立安装拆卸、互不影响，方便井下设备的检修和维护。
(5) 支架的所有销轴及相应连接件等表面都镀锌、并涂抹黄油后安装。四连杆机构和顶梁与掩护梁间的连接轴采用基孔制间隙配合，保证四连杆机构的销孔间隙在0.4 mm～0.75 mm之间，最大不超过0.75 mm；四连杆机构耳档横向间隙为8 mm，档宽公差设计为(0，-2)，耳座宽度公差设计为(+2，0)，以保证四连杆机构连接处的横向间隙在4 mm～8 mm范围内变化，最大不超过8 mm。通过间隙控制，提高了支架的稳定性。
2.3 支架制造工艺特点
支架严格按原材料的相关加工工艺进行加工，下料板材采用数控切割，全部喷砂除锈，采用机器人切割坡口、机器人焊接，并对结构件进行探伤、去应力，焊后整体喷砂，保证了支架的内在和外部质量。为保证大采高支架的稳定性，四连杆与底座、掩护梁铰接点设计配合间隙小，并采用零件预镗孔、组焊并时效处理后整体加工孔的工艺方案，使其满足使用要求。
2.4 支架控制系统特点
液压支架电液控制系统主要部件包括地面中央主控机、井下顺槽控制器、井下服务器、支架控制器、电源模块、电液控制阀组、压力传感器、位移传感器和红外发射接收器等。
工作面支架控制可以实现单机手动控制、单机顺序控制和多台支架成组顺序控制等。整个系统包括服务器、电源模块、ProfiBUS总线被动诊断装置、支架控制器、电液控制阀组、各种传感器、各种中继器、连接模块以及各种连接电缆等。
电液控制系统的主要特点是：①通用性强，可以与其他公司的产品进行互换；②通过监控传感信号，可以有效改善顶板的管理；③可以对工作面三机进行系统集成控制；④大幅度提高了支架的推移速度，移架步距准确；⑤电液控制系统的程序可以灵活选择多种控制方式，对各种地质、工况条件和局部特殊地质构造都能适用，并可以根据用户的需求进行修改；⑥具有安全保护功能，例如声光报警、急停、连锁、漏电保护、支架压力保护、顶板压力保护等；⑦具有红外线定位功能，准确监测采煤机的运行方向和位置。
电液控制阀组的优点是：①部件采用模块化结构；②前、后两端各有一个电气接口以供用户选用；③电磁阀通过附加的接口板可与其他生产商的液压单元配合使用；④所有部件均采用防锈材料，可确保器件的抗腐蚀性以及使用寿命；⑤有效缩短了电磁阀响应时间以及开关时间，同时减少了液压介质对器件的污染；⑥使用行业通用接口作为标准电气接口，同时也能按照客户的特定要求采用其他电气接口；⑦开关动作无需通过机械部件来完成，几乎没有磨损，电磁阀属于免维护型电磁阀；⑧阀芯可作为整体元件替换，故障情况下在井下简单地更换阀芯即可。
ZY15000/25/55D型大采高液压支架已批量生产，并在煤矿井下安装使用。该支架在该集团已投入使用的支架中，支护高度最高、立柱缸径最大、护帮高度最高，具有完备的电液控制系统和监测系统，能够满足少人工作面自动化操作和远程控制要求。该液压支架经过5万次的型式试验，取得煤安证书。各项性能指标达到了世界领先水平，充分展示了国内企业的制造能力和水平。
JIANG Ya-nan
(Shanxi Jincheng Anthracite Mining (Group) Kingding Mining and Machinery Co., Ltd., Jincheng 048006, China)
Abstract： This paper introduces the geological conditions of large mining height, determines the support parameters, and sums up the design characteristics of stents. The paper puts emphasis on the manufacturing technology of stent and the composition and characteristics of control system, which can be used for reference in the coal mine support equipment development.
Key words： hydraulic support; large mining height; high reliablity; development
文章编号：1672- 6413(2016)03- 0212- 02
收稿日期：2015- 07- 17；
修订日期：2016- 03- 20
作者简介：姜亚楠(1983-)，女，山西晋城人，助理工程师，本科，主要从事液压支架制造。
中图分类号：TD335+.4
文献标识码：B
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