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急倾斜工作面液压支架防倒防滑装置研究

2024-01-12 13 上传者：管理员

摘要：在急倾斜煤层的机械化综采工作面中，极易发生液压支架的倾倒、歪斜和采面设备沿倾角方向下滑的问题。在液压支架上设计相应的防倒防滑装置是解决该问题的重要方法。经过实践验证，在液压支架上设计合理的防倒防滑装置可有效地防止以上问题的发生。

关键词：
急倾斜工作面
急倾斜煤层
液压支架
煤炭资源
防倒防滑装置
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我国煤炭资源丰富，煤层种类繁多，其中有不少属于急倾斜煤层。尤其以有着“西南煤海”之称的贵州为代表，其地质条件复杂，倾角大，开采难度大。急倾斜煤层的开采一直都是煤炭行业实现机械化开采的难题。设计合理的大倾角液压支架是该类煤层开采的安全保障和技术保障。液压支架作为综采工作面的关键设备，为采煤作业提供安全空间，及时支护采煤机截割煤后暴露的顶板，隔离采空区，其安全可靠性至关重要。

在急倾斜工作面中，由于倾角较大，导致支架极易发生歪斜、倾倒、下滑甚至倒架的情况，这就需要支架具有的防倒防滑功能。本文针对急倾斜工作面支架防倒防滑装置进行设计，经过实践验证，满足煤矿安全生产的要求。

1、急倾斜煤层采面液压支架的倾倒和滑移分析

急倾斜采面是指煤层倾角大于45°的工作面，支架在急倾斜采面的布置及受力简图如图1所示。图1中，Fx分力较大，合力G指向支架底座之外，显而易见，当支架不接顶时，倾倒是必然的。这导致三机（采煤机、刮板输送机、液压支架）安装困难，且液压支架容易发生歪斜、偏架、倒架，并有向下滑动的趋势。尤其是在移架时，由于降架使得支架顶梁不接顶或接顶力较小，煤层顶板不能给支架顶梁提供Fx反方向摩擦力，而合力G指向底座之外，如果没有相邻支架的拉拽和调节，势必倾倒、歪斜，这是导致支架偏架、倒架、咬架、滑移发生的主要原因。

图1急倾斜采面支架布置图

在采煤过程中，采煤机骑在刮板输送机上行走，在采煤机爬坡装煤过程中，采煤机行走轮会对刮板输送机产生反向作用力，由于刮板输送机中部槽间联接间隙，造成刮板输送机蠕动式向下滑动；当刮板输送机与煤层底板的摩擦力不足以抵消重力时，也会下滑。而阻止刮板输送机的下滑，必须依靠液压支架推移装置前端与刮板输送机相联处产生足够的反向作用力，当液压支架推移装置随刮板输送机下滑后得不到及时矫正，支架的推移装置就会向下滑动至极限位置，随着液压支架与刮板输送机在推溜-移架往复循环的采煤推进中，液压支架和刮板输送机就会沿着煤层倾斜方向整体下移。

综上所述，急倾斜工作面采煤过程中，液压支架极易发生倾倒、歪斜、下滑的情况，并且整个工作面三机（采煤机、刮板输送机、液压支架）呈向下滑移趋势。然而煤矿井下空间狭小，环境受限，且情况复杂，若发生液压支架倾倒、歪斜、下滑的情况，处理极其困难，对生产进度和生产安全带来严重的影响。这就要求工作面设备不仅能向前推进采煤，防止液压支架发生倾倒、歪斜，而且还要具备向上和向下调节前进方向的功能。这种功能大多由液压支架来实现，而液压支架实现这种功能就需要防倒防滑装置。所以在急倾斜煤层开采中，液压支架防倒防滑的设计必不可少，且至关重要。

2、液压支架防倒防滑装置功能要求

针对急倾斜采煤工作面，对液压支架的防倒防滑装置的功能主要有以下要求：

(1）液压支架具有防倒、调偏的功能当支架下降移架时，顶梁失去煤层顶板提供的摩擦力，支架就会沿煤层倾角方向向下倒，此时就需要防倒装置通过相邻支架提供反方向作用力来阻止其倾倒，当支架歪斜时，也需要将其及时调正，这是防止支架倾倒、歪斜而导致的偏架、倒架、咬架发生的关键；

(2）支架具有防滑的功能由于倾角大，单台支架或整组支架下滑趋势明显，防滑装置不仅要能够防止单台支架下滑，而且要具有对整个工作面支架微调的功能；

(3）阻止刮板输送机下滑的功能由于刮板输送机自身并不具备防滑功能，并且固定连接在支架的推移装置上，所以液压支架要具备能够有效阻止刮板输送机下滑的功能；

(4）调节刮板输送机上移的功能当刮板输送机下滑以后，会带偏支架的推移装置，从而导致采煤推进方向随着刮板输送机下滑而向下偏转，这就需要支架能够反方向微调刮板输送机位置，使三机采煤推进方向适应煤层走向变化，通过调节支架推移装置矫正刮板输送机的下滑，使支架推进时能带动三机适应工作面煤层推进方向。

3、液压支架防倒防滑装置设计

(1）支架顶梁防倒设计

防倒装置设计主要布置在支架顶梁上，如图2所示，分前防倒装置和后防倒装置，由油缸、联接耳、销轴等构成。根据实际情况，可只布置前防倒装置。其作用是将相邻2台或多台支架的顶梁联接在一起，使其成为一个整体，从而解决支架站立不稳、倒架等问题。

图2急倾斜采面支架防倒防滑装置布置图下载原图

1.前防倒装置2.后防倒装置3.调偏装置4.后防滑装置5.前防滑装置6.推移调节装置

当液压支架发生如图3所示的中间（8#）支架降架前移发生偏斜的情况时，可由防倒装置及时拉拽扶正，同时因为油缸的联接，能防止支架发生倒架的极端情况。

图3急倾斜采面支架偏倒示意图

(2）支架底座防滑设计、调架设计

防滑装置设计主要布置在支架底座上（见图2），分前防滑装置和后防滑装置，由油缸、联接耳、销轴等构成。根据实际情况，可选择只布置1组防滑装置。其作用是将相邻2台或多台支架的底座联接在一起，使其成为一个整体。当液压支架发生下滑时，可调节支架底座，使其沿着采煤推进方向前进。

(3）支架掩护梁调偏设计

调偏装置设计主要布置在支架掩护梁上，内置于掩护梁体内，位置如图2所示，主要由油缸、销轴等构成。根据移架步距，布置于掩护梁中部且尽量靠后的位置。当液压支架前后位置与采煤推进方向发生较大偏离，如图4所示，调偏装置辅助调正支架方向。尤其在支架顶梁接顶、带压移架的情况下，因为煤层顶底板对支架的摩擦力较大，此时调偏装置能发挥极大作用，解决防倒防滑装置不能将支架拉正的问题。

(4）推移调节装置设计

推移调节装置主要布置在支架底座最前端，内置于底座箱体内，如图2所示，主要由油缸、销轴等构成。其油缸可布置向内顶推移杆，或向外顶推相邻支架底座，向内或向外各有优缺点，可根据实际情况选择。

图4支架沿采煤推进方向偏转示意图

当刮板输送机下滑时，会带动支架推移装置头部向下滑动，如图5所示。这将导致在采面推进过程中，随着推溜和移架往复循环，支架被迫与刮板输送机一同下滑，不能沿着采煤推进方向正确推进。推移调节装置能调节支架推移装置，进行反方向微调，抵消刮板输送机下滑的影响。

图5推移装置被刮板输送机下滑带偏示意图

(5）刮板输送机上提设计

刮板输送机上提设计主要是针对刮板输送机整体下滑比较严重、支架的微调功能已经不能使其上移恢复正确位置时，整体提拉刮板输送机使其复位。主要采取在支架底座前端或顶梁上设置挂耳，通过油缸、链条等联接件联接刮板输送机挡板槽帮，利用油缸的伸缩作用，拉拽刮板输送机复位。该装置不常用，通常在需要使用时临时安装，完成刮板输送机拉拽复位后拆除。这需要在支架上预留挂耳，并配备相应的油缸、链条等配件，同时需要在刮板输送机挡板槽帮上预留联接的拉耳。

4、实际使用效果

贵州遵义大林煤矿使用中煤盘江重工生产的液压支架，支架使用了顶梁前防倒装置、底座前防滑装置、推移调节装置，该煤矿采面倾角平均45°以上，已顺利完成工作面采掘，取得很好的成效。经过实践检验，相关产品在工作面使用中能发挥相应功能，且得到市场认可。

5、结语

在急倾斜工作面采煤过程中，因刮板输送机容易发生下滑，支架容易偏斜、倒架，所以液压支架的防倒防滑功能就显得尤其重要，也成为急倾斜工作面支架必备功能。防倒防滑设计不仅可以用于急倾斜工作面支架的设计中，也可以用于倾斜工作面和缓倾斜工作面支架设计中，可根据工作面实际情况，选择防倒防滑装置一种或多种的组合，基本可以解决防倒防滑问题。

参考文献:

[1]刘开均.急倾斜工作面运煤通道可伸缩挡矸装置的设计与应用[J].煤矿机械,2020,41(11):122-123.

[2]张丹.大倾角综采工作面液压支架防倒防滑装置的改进[J].煤矿机械,2021,42(3):127-128.

[3]王国法,史元伟,陈忠恕,等.液压支架技术[M].北京:煤炭工业出版社,1999.

文章来源:陈扬.急倾斜工作面液压支架防倒防滑装置研究[J].煤矿机械,2024,45(01):113-115.