大采高液压支架使用中存在的问题与对策王永东,田银素(神府东胜煤炭有限责任公司补连塔煤矿,内蒙古伊金霍洛旗󰀁017209)摘󰀁要:介绍了国产ZY6000-2󰀁5/5󰀁0型及引进的JOY8670-2󰀁4/5󰀁0型大采高液压支架在补连塔煤矿的使用情况,对国产支架钻底及掩护梁、底座损坏的原因,引进支架的倾倒原因进行了分析,并提出相应的解决办法。关键词:大采高支架;支架钻底;支架倾倒;解决对策中图分类号:TD335󰀁44󰀁󰀁󰀁文献标识码:B文章编号:0253-2336(2002)S0-0047-03ExistingproblemsandmeasuresofhighmininghydraulicpoweredsupportWANGYong󰀁dong,TIANYin󰀁su(BuliantaMine,ShenfuDongshengCoalCompangLtd.YijinhuoluoQi󰀁017209,China)󰀁󰀁补连塔煤矿煤炭年生产能力为600万t,属󰀁一井一面󰀁矿井。现开采1-2煤层,煤层平均厚度5󰀁3m,煤层倾角1~3󰀁,煤层稳定,地质结构简单,适合一次采全高、大规模集中开采。该矿于1997年10月16日投产,采用北京煤机厂生产的ZY6000-2󰀁4/5󰀁0型液压支架和JOY公司生产的JOY8670-2󰀁5/5󰀁0型液压支架。这两种架型均是针对大采高工作面开采而设计的。使用中,两种支架都存在着不同形式的问题。1󰀁液压支架主要技术特征(1)ZY6000-2󰀁5/5󰀁0型液压支架架型整体顶梁二柱掩护式工作阻力/kN6000支撑高度/m2󰀁5~5󰀁0初撑力/kN5048工作面架数/架166端头支架数/架4质量/t23支架中心距/mm1500拉架步距/mm1000移架速度/s󰀁架-112~15运输尺寸/mm6700梁端距/mm250~450(2)JOY8670-2󰀁4/5󰀁0型液压支架架型整体顶梁二柱掩护式工作阻力/kN8670支撑高度2󰀁4~5󰀁0m初撑力/kN6056󰀁6工作面架数/架143端头支架数/架6质量/t23󰀁5支架中心距/mm1750拉架步距/mm865移架速度/s󰀁架-18运输尺寸/mm7470梁端距/mm250~5502󰀁国产大采高液压支架的使用情况2󰀁1在2211工作面使用中存在的问题及解决办法󰀁󰀁2211工作面使用的ZY6000-2󰀁5/5󰀁0型液压支架,工作面刚投产时,生产中就出现了推移输送机困难的问题,拉架时支架底座提不起来,导致支架钻底,底座间的浮煤将推拉框架压死,从而导致推移输送机困难。󰀁󰀁为保证正常生产,工作面支架采用侧护板提架的方法,即在降架的同时将侧护板伸出,致使支架顶梁不动,将底座提起来,这样基本上解决了工作面支架钻底的问题。端头支架则采用支柱提架的方法解决支架钻底的问题。󰀁󰀁由于支架平衡装置设计不合理,在采高低于3󰀁6m时,一旦支架顶梁仰斜,很容易将平衡油缸拉坏。在投产初期就出现了非常严重的平衡油缸损坏事故。在生产中严格控制采高及采煤机挑顶量,准确掌握工作面周期来压规律。在生产中,后期很少出现平衡油缸损坏事故。󰀁󰀁解决了上述问题后,2211工作面的产量大大提高,在工作面含两层夹矸、煤质坚硬、大块煤影响严重的情况下,生产能力仍保持2万t/d的水平。47第30卷增刊󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁煤炭科学技术󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2002年1月2󰀁2在3201工作面使用中存在问题及解决办法󰀁󰀁3201工作面于1999年1月投产,可采储量360万t。采用ZY6000-2󰀁5/5󰀁0型液压支架。使用过程中,给支架全部增加了提底油缸,解决了支架钻底的问题。工作面生产能力达到2󰀁5万t/d。随着产量的增加和采高的增大,出现了支架底座和掩护梁损坏的事故,严重影响了工作面生产。工作面顶板初次来压刚过,就有10架支架的掩护梁不同程度地开焊或断裂,其中6、7、161号尤为严重。到2月18日,共有24架液压支架掩护梁开焊或断裂。1999年2月27日,又有21架支架底座开焊,其中5架支架底座断裂。截止3月4日,共发现了30架支架底座损坏。ZY6000-2󰀁5/5󰀁0型液压支架损坏情况如图1所示。

图1󰀁ZY6000-2󰀁5/5󰀁0型液压支架损坏位置示意󰀁󰀁对支架进行补强焊接后,在3201工作面回采过程中,创下了日产33592t的最高纪录。2󰀁3液压支架损坏原因分析2󰀁3󰀁1设计制造方面的原因󰀁󰀁该型支架是我国在吸收国外先进技术的基础上,自行设计制造的二柱掩护式大采高液压支架。该支架服务2211和3201两个工作面,回采时的采高4~4󰀁5m,采出煤量共计487万t。该支架的优点是:由于采用了大流量片阀,拉架循环时间为12~15s/架,完全能够满足采煤机的牵引速度;在3201工作面回采过程中,能够保证25000t/d的水平;支架工作阻力为6000kN,基本上满足了补连塔煤矿顶板支护的要求,只要不在工作面顶板周期来压期间停产,顶板就不会有过度下沉;当采高达到4󰀁5m时,不会发生倒架现象;能满足工作面安装及回撤的要求。󰀁󰀁设计上存在的问题主要有:(1)支架没有设计提底油缸,导致推移输送机困难;(2)支架平衡机构设计不合理,导致平衡油缸频繁拉坏;(3)支架底座底板和底座采用焊接结构,底座立筋钢板厚仅16mm,由于支架底座应力集中在底座前端,导致支架底座断裂损坏;(4)支架掩护梁立筋设计较薄,使油缸安装孔位置应力过于集中,导致掩护梁断裂;(5)掩护梁和底座的断裂与所使用钢板的材质有一定关系。2󰀁3󰀁2矿压显现的影响󰀁󰀁支架掩护梁和底座的损坏与工作面顶板压力大小和工作面压力分布规律有着密切的关系。(1)工作面矿压大,周期来压明显。3201工作面上覆基岩厚度为100~120m。根据资料分析,在工作面开切眼附近的老顶岩层有两层,厚度分别为12󰀁3m和16m,岩性分别为粗砂岩和中砂岩。由于老顶较厚,导致工作面周期来压剧烈,在工作面表现为片帮严重。来压时,支架安全阀普遍开启,梁端护顶煤破碎,是导致支架底座和掩护梁损坏的根本原因。(2)工作面顶板垮落规律及压力分布的影响。󰀁工作面顶板垮落情况。由于3201工作面为首采工作面,不受周围矿压影响,直接顶较完整,在工作面中部(对应40~120号支架)的顶板垮落方式为随采随冒;而在工作面两端部(分别对应1~40号和120~166号支架)的顶板垮落具有一定的步距,冒落的大块矸石砸在支架掩护梁上,导致其损坏。从掩护梁损坏情况来看,大部分集中在1~40号和120~166号支架范围内如图2所示。󰀁工作面矿压分布规律。工作面老顶初次来压过后,工作面矿压一直较大,从支架立柱安全阀开启情况看,30~130号支架为压力集中区,尤其在周期来压期间,安全阀卸载严重,而两侧支架安全阀很少泄液,所以底座损坏的支架大多集中在30~130号支架之间。3󰀁引进的液压支架的使用情况3󰀁1在3202工作面使用中存在的问题及对策󰀁󰀁补连塔煤矿3202工作面引进使用了JOY公司48第30卷增刊󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁煤炭科学技术󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2002年1月

图2󰀁3201综采工作面顶板垮落示意的成套综采设备,其中支架的型号为JOY8670-2󰀁4/5󰀁0型。该支架在3202工作面老顶初次来压后也出现了问题,在拉架过程中支架始终向机头方向倾倒,尤其是50~120号支架较为严重,使支架大角度倾斜,支架底座骑在推拉杆上,导致拉架困难,并可将支架推拉油缸的油管挤坏。另外也存在调面困难的问题。󰀁󰀁为解决这一问题,采用了两种利用侧护板调架的方法:󰀁动态调架,即拉架时同时伸出侧护板将支架扶正;󰀁静态调架,即由人工调架,发现哪一段支架倾斜,就在支架静止状态下逐架调整。但静态调架方法既费人工,又影响割煤速度。󰀁󰀁根据该型支架配套电液阀的特点,增加了拉架时伸侧护板的功能。通过改造,取消了静态调架人员,但拉架工的操作仍比较复杂,拉架工在机头、机尾拉架时采用临架操作、定向拉架分段的方法,即在前一架支架升架前先将下一架降下来(下一架支架不降则前一架支架的侧护板伸不出来),但调架效果并不理想,伸侧护板时导致支架整体向机头方向扭转,支架仍有向机头倾倒的趋势,因此,支架仍不能实现自由模式操作。󰀁󰀁针对上述情况,决定将支架掩护梁侧护板油缸去掉,仅保留顶梁侧护板油缸,然后在30~130号支架上增加伸侧护板功能。通过改造,支架的调架效果大大改进,减少了临架操作次数,基本实现了自由模式操作。3󰀁2󰀁支架倾倒原因分析3󰀁2󰀁1󰀁设计制造方面的原因󰀁󰀁该型支架倾倒形式为横向。从支架设计角度分析,倾倒原因与支架四联杆机构销轴配合间隙过大、支架整体刚度较差有关,特别是四联杆与掩护梁的刚度较差;支架四联杆参数选择也不合理。3󰀁2󰀁2工作面条件的影响󰀁󰀁根据采场条件分析,有几种原因:󰀁3202工作面采高较大,在4󰀁5~4󰀁8m;󰀁工作面初次放顶以后,矿压始终比较大,煤壁片帮严重,周期来压明显;󰀁尽管3202工作面属于近水平煤层,煤层倾角1~3󰀁,但工作面局部起伏较大,在大采高情况下,很容易发生支架倾倒事故。3󰀁3引进液压支架的优缺点󰀁󰀁JOY8670-2󰀁4/5󰀁0型液压支架是神东矿区引进的第一套大采高液压支架,截至2001年6月,已生产煤炭350万t。从使用情况看,该型支架具有以下优点:(1)支架的管路、阀件消耗量比国产支架小,支架结构件(掩护梁、底座、顶梁等)也未发现损坏;(2)采用电液阀控制,自动化程度高,降低了劳动强度和事故发生率;(3)该支架工作阻力为8670kN,完全能满足本工作面顶板支护的要求。在工作面采高达到4󰀁5m以上时,未发生过顶板台阶下沉和支架严重下降问题;(4)该支架拉架速度为12~15s/架,与采煤机、刮板输送机配套情况较好,能够满足高产高效的要求。在3202工作面可达到2󰀁5~2󰀁7万t/d的水平。在年产500万t的情况下,可率先实现5天工作制。缺点是:支架存在倾倒问题,尤其在生产初期,极大地影响了工作面生产效率;电液控制系统仅有自由操作模式,不能与采煤机联动,在工作面端头也不能实现自动化控制;由于管路设计等原因,拉架速度也较慢,达不到8~12s/架的要求;支架及电液阀的配件价格较昂贵。󰀁󰀁补连塔煤矿使用的大采高二柱掩护式液压支架,不论是国产还是进口的,在设计上都存在一定问题,尤其是国产支架,其设计制造技术和所选用的材质,与国外都存在一定的差距󰀁󰀁作者简介:王永东(1966-),男,山东聊城人,高级工程师,现任神府东胜煤炭有限责任公司补连塔煤矿副矿长。收稿日期:2001-12-08;责任编辑:杜乐清49第30卷增刊󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁煤炭科学技术󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2002年1月