薄煤层液压支架发展报告

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机电学院 机自07-9班 朱学凯

摘要：随着厚煤层及中厚煤层煤炭资源的逐渐减少，对薄煤层开采的研究逐步提上日程，并取得了一定的研究成果。本文主要从薄煤层液压支架的应用背景、结构特点、发展现状对国内薄煤层液压支架的发展做了一个总结，最后对薄煤层机械化开采的途径以及电液控制系统的应用做了简单的介绍。

关键词：背景、结构、现状、机械化

一 薄煤层液压支架的应用背景

煤炭工业是国民经济重要的基础产业。我国的薄煤层资源丰富，全国薄煤层的储量占全部可采储量的17.5％，分布面广，煤质好。但由于薄煤层采煤生产效率低，经济效益差，部分煤矿不重视薄煤层的开采，造成许多薄煤层煤炭资源严重浪费。随着厚煤层及中厚煤层煤炭资源的逐渐减少，许多煤矿开始重视对薄煤层的开采工作。

液压支架是现代化煤矿进行高效综采和安全生产最为关键的设备之一。无论是采用刮板输送机、滚筒采煤机和液压支架的综采技术,还是运行轨道、强力刨煤机和液压支架的综采技术,液压支架都是作为煤矿井下支护关键设备，因此，研究高质高效的薄煤层液压支架有着重要的意义。

二 薄煤层液压支架的结构特点

根据煤层厚度划分，薄煤层截高一般小于1.3m。我国不少矿区薄煤层是主采煤层。薄煤层支架的结构特点是： （一）伸缩比大

立柱大多采用双伸缩立柱，薄煤层支架高度低，操作不太方便，立柱很少采用带机械加长段结构。为满足大伸缩比的要求，特别是掩护式液压支架，立柱倾角较大，在低位状态工作时，支护效率较低。 （二）人行通道困难

对于薄煤层支架，如何设置人行通道是十分重要的。在瓦斯含量大、对通风有特殊要求的综采工作面，大多设计成双人行通道。支撑掩护式支架的前立柱前留有人行通道，在前、后柱间再设计一个人行通道，二柱掩护式支架立柱前后各设一通道这样有利于通风，便于行人。对于通风没有特殊要求的综采工作面，大多设计成二柱掩护式液压支架，在柱前设置人行通道。

（三）梁体薄

薄煤层支架由于其伸缩比大，且最低高度很低，所以结构件设计既要满足强度要求，又要截面高度尺寸尽可能小。为此，结构件大多采用高强度钢板、箱形结构，顶梁前部有的设计成板式结构，甚至是几层弹簧钢板叠加。 （四）结构交叉布置

薄煤层支架由于其最低位置的高度十分低，结构件除了尽量薄之外，结构件间尽量采用空间交错布置，所以，前连杆大多设计成单连杆，后连杆设计成双连杆，在最低位置时，前、后连杆可以侧投影重叠而不干涉，底座设计成分底座、活连接，左右底座中间为推移机构布

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置的空间；对于两柱掩护式支架，平衡千斤顶和推移液压缸采取交错布置，以满足最大重合度。由于柱前大多为人行通道，所以薄煤层支架推杆前部大多设计成板式，厚度为50～70mm。人行通道最小要求宽0.6m，净高0.4m。 （五）简化结构

薄煤层支架结构要尽量简单，以减少事故，顶梁可设计成整梁，适当加宽顶梁宽度，一般可不设置活动侧护板。

（六）提高控制系统自动化

薄煤层工作面行人困难，所以操作系统最好实现成组控制、自动控制或邻架控制，以减轻工人体力劳动和提高安全程度、工作效率及产量。 三 几种典型的薄煤层液压支架

（一）ZY4400/09/21型薄煤层液压支架

1. 支架主要技术参数：

形式： 两柱掩护式电液控制； 高度： 900～2100 mm； 宽度： 1420～1590 mm 中心距： 1500 mm； 初撑力： 3564 KN； 工作阻力： 4400 kN； 支护强度： 0.55～0.64 MPa 移架步距： 600 mm； 重量： 12300 kg 2. 支架的主要结构特点：

（1）支架采用正四连杆、双前连杆、双后连杆形式。提高支架的稳定性及抗水平载荷和扭转载荷的能力。

（2）主要结构件采用WH70高强度钢板，主要销轴均采用30CrMnTi材料，以减轻支架重量和结构件断面，同时又提高支架的可靠性及寿命。

（3）采用先进的电液控制系统，400L/min大流量阀，环形供液，实现支架的快速升、降、移，保证移架速度小于8s。

（4）独特的推移杆设计，为了适应各种刨深的调整，推移杆长度为可调节式，可用于调整梁端距的大小，推杆截面小有利于排浮煤，前端可连一调斜千斤顶，用于调整刨头上摆下摆的角度。

（5）整体顶梁，顶梁前端上翘3度，结构简单，可靠性高。顶梁对顶板载荷的平衡能力较强，前端具有产煤功能。 （6）立柱采用D280mm缸径大立柱及D180mm平衡千斤顶，适应顶板及煤层厚度变化能力强。

（7）支架在最低高度时具有700×500mm宽敞的过人空间，在较小空间内，控制系统及液压系统布置合理。

（8）为提高液压支架的可靠性及使用寿命，立柱千斤顶的密封件采用聚氨脂材料。 3. 支架的工艺难点及保证措施

1） ZY4400/09/21支架的工艺难点

（1）主要结构件采用60Kg、70Kg级高强度钢板焊接。 （2）薄形结构件易产生焊接变形、焊接应力集中。 （3）大直径、短行程立柱缸体的加工。

（4）推移装置焊接多为异种钢，合金元素复杂，淬硬倾向大，焊接过程中极易产生裂

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纹、气孔等焊接缺陷。 2）关键工艺保证措施

（1）高强钢板材料选择：

ZY4400/09/21薄煤层支架钢板选材上从以下几方面考虑： ①碳当量Ceq尽量低。 ②Z向力学性能尽量好。 ③尽量细化晶粒。 ④屈强比。

（2）焊接方法与焊接材料的选择

根据所选钢板情况，对70Kg以上级钢板进行了一系列试验研究，根据试验结果采取： ①焊接方法70Kg及以上级高强钢采用混合气体保护焊，以提高其冲击韧性。

②焊接材料的选择原则首先考虑焊缝金属的抗拉强度不低于母材抗拉强度的最低值； ③综合机械性能满足设计要求，充分考虑焊缝的塑性、韧性、抗裂性； ④从焊接结构受力情况考虑拘束力的影响。 3）焊接工艺及过程控制 （1）焊前钢板预处理 钢板预处理后：

①清除钢板表面氧化皮，从而提高下料件的切割质量；

②可以减少焊缝夹渣、氢气孔及冷裂纹产生等，提高焊接质量； ③可以大大提高喷漆的附着力， 减少结构件锈蚀 。 （2）预热控制

1）预热的主要作用：

①改变了焊接过程的热循环，降低了焊接接头温度专变区的冷却速度，延长了T8/5时间， 避免或减少了淬硬组织的形成；

②减少了焊接区的温度梯度，降低了焊接内应力； ③扩大了焊接区的温度场，使焊接接头在较宽区域内处于塑性状态， 减弱了焊接应力的不利影响；

④有专检人员用点温计进行测试， 达到预热温度后方可进行施焊 。 2）层间温度，一般层间温度保持在预热温度范围即可。

3）焊后时效处理：焊后热处理是把焊件整体均匀地加热到一定温度， 保温一定时间，然后控制冷却的过程，焊后热处理的作用：

①改善焊接接头的组织和性能，软化淬硬区，降低硬度，提高塑性、韧性，防止焊接结构的脆性破坏；

②松驰或消除焊接应力，防止延迟裂纹的产生和发展，提高焊接结构的使用可靠性和寿命；

③消氢、防止产生冷裂纹

（二）ZY3300/07/13D薄煤层液压支架 1. 支架的主要技术特征：

形式 两柱掩护式液压支架 高度(最低/最高) / mm 700/1300 宽度/mm 1450 中心距/mm 1500 初撑力(P=31.5Mpa) /k N 2618 工作阻力(p=39.7Mpa) /k N 3300

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对底板比压(前端)/Mpa 1.74~1.76 支护强度/MPa 0.42~0.48 泵站压力/MP a 31.5

操作方式 邻架电液控制 2. 支架的主要结构设计 （1）顶梁

为保证采煤机机身上方和支架顶梁前部有一定的间隙，设计时尽量减小了顶梁梁体截面高度尺寸。顶梁最前端采用一直径Φ83mm的圆钢,与4条主肋焊接。顶梁前端上翘3 0 m m，使顶梁更好地接触顶板。考虑到顶板比较好，漏矸问题并不严重，为使支架结构简化，采用两端死侧护板。如果架间间距过大，可能会掉矸石，影响行人安全，而且支架容易下滑；如果架间间距过小，支架容易移动，可能会出现挤架现象，支架移架也会发生困难。出于以上考虑，将顶梁宽度设计为1.45m。 （2）掩护梁

本支架的掩护梁为整体箱形变断面结构，用钢板拼焊而成，在它与顶梁、连杆连接处及在相应的危险断面和危险焊缝处都有加强板 。 （3）前、后连杆

由于薄煤层支架最低高度低，为了使支架降到最低位置时连杆不与底座干涉，本支架前、后连杆均设计分体双连杆，用钢板焊结成箱形结构，这种结构不但有很强的抗拉抗压能力，而且有很强的抗扭能力。 （4）底座

出于过人空间考虑，底座设计时尽量减小底座前端尺寸。本支架底座设计为整体式4条主肋形成左右2个立柱安装空间，中间通过底板、前端过桥、后部连接板结构把左右两部分连为一体，底座中部底板前部封底后部开档，利于排矸。 （5）推杆

因推杆要占用部分立柱前行人空间，不能设计得太厚，但还要保证必要的强度要求，所以本支架推杆在人行道位置的部分设计为厚度6 0 mm，材质为Q550的高强度钢板结构.采用短推杆、正装千斤顶机构，便于拆装更换、维修。 （6）立柱

为了提高支架的伸缩比，一般薄煤层支架的立柱采用双伸缩,甚至有的采用三伸缩。本支架立柱为双伸缩立柱，立柱的缸径为Φ230mm。 （7）推移千斤顶

本支架推移千斤顶带位移传感器，为电液控制。根据所需要的拉架力大于推溜力的特点，采用差动连接，缸径为Φ125mm，行程为700mm，拉架力207kN， 推溜力为178kN。

（8）平衡千斤顶

保持顶梁平衡、调节合力作用点的关键部件。为了有效地缩小空间，本支架在中间布置一个Φ125mm缸径的平衡千斤顶，行程为208mm。 （9）底调千斤顶

本支架采用一个缸径Φ100mm的平衡千斤顶，行程为 145mm。用它调整架间距离，保持支架正常工作姿态。

3 .ZY3300/07/13D薄煤层液压支架的工艺控制

（1）顶粱、掩护梁、前后连杆、底座等主要结构件装配孔采用组焊后整体镗孔工艺。采用数控切割机下料，下料时留加工余量，然后穿芯轴对接组焊成活，最后在镗床上一次成活工艺，解决了装配孔同轴度难保证、 装配困难问题，提高了支架的整体质量

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