外文翻译-6m以上大采高液压支架稳定性分析与控制措施.doc

1、附录A6 m以上大采高液压支架稳定性分析与控制措施孙攀,李阳,郭丹丹(郑州煤矿机械集团股份有限公司,河南郑州450013)摘要随着对厚煤层、倾斜煤层的开采,液压支架的稳定性成为特厚倾斜煤层综采工作面开采的难点问题。ZY10000/28/62型大采高液压支架是针对宁煤集团羊场湾煤矿2#煤层设计的,以ZY10000/28/62为例,探寻了6 m以上大采高支架稳定性的影响因素,并分析了支架倾倒的原因,从而得出提高大采高支架稳定性的措施。对综采工作面液压支架的设计工作具有指导意义。关键词:倾斜煤层;大采高液压支架;稳定性分析1 工作面地质条件我国西部煤炭资源储量丰富,随着21世纪我国矿产资源开采重点西

2、移,煤炭开发已成为西部地区经济发展的重要支柱。但是,我国西部煤层较厚,并且有一定的倾角,目前我国对厚煤层、倾斜煤层开采尚存在着一系列难以解决的基本技术难题,其中,提高6m以上大采高液压支架的稳定性是特厚倾斜煤层综采工作面开采的一个基本问题。郑州煤矿机械集团股份有限公司针对宁煤集团羊场湾煤矿2#煤层(煤层可采厚度4.4210.15 m,平均7.2 m)设计了ZY10000/28/62型大采高液压支架。在设计过程中,对影响大采高液压支架稳定性的因素进行了分析,对支架设计进行了改进,提高了支架的稳定性,有效保障了安全生产。宁煤集团羊场湾煤矿2#煤层倾角一般815,局部20左右(在6 m左右采高范围最

3、大的倾角),走向方向煤层起伏坡度一般为8,最大可达14。煤层可采厚度4.4210.15 m,平均7.20 m,f=23,韧性指标910。2#煤层伪顶岩性为泥岩、炭质泥岩,厚度0.120.79 m,随采随垮。底板除井田中部(1652线间)多为细砂岩外,其余均以粉砂岩为主,泥岩次之。2影响大采高支架稳定性的因素2.1横向稳定性液压支架的横向稳定性是指支架在运动过程中,支架结构与对称中心平面垂直方向保持稳定的特性。大采高支架横向不稳定是指大采高支架顶梁相对底座沿采煤工作面方向偏离原横向设计位置,有3种具体情况:顶梁与底座发生相对角位移;顶梁有3种具体情况:顶梁与底座发生相对角位移;顶梁与底座发生相对

4、线位移;顶梁平面相对底座平面有一横向夹角。2.1.1四连杆机构销轴孔间隙的影响四连杆机构是液压支架的稳定机构,其主要作用是保证支架纵向和横向的稳定,规范顶梁升降过程中的运动轨迹。支架的各个部件之间是用销轴连接的,铰接处的孔轴配合存在一定的间隙,孔轴间隙的大小直接影响支架的横向稳定性。若沿用支架以前的孔轴配合间隙,由于大采高支架支撑高度大,即使在水平的工作条件下,支架也会产生歪斜、扭转甚至倒架。在有倾角的煤层条件下,支架的稳定性更加难以控制。通过对支架理论计算和井下实际工作时的观测表明,支架在支撑高度大于4.5 m时,顶梁横向偏移量为200300 mm,立柱横向偏斜角度在35。这样会直接影响支架

5、的横向稳定性,使四连杆机构承受较大的偏载。2.1.2工作面倾角和采高的影响在有倾角的工作面,支架在非支撑状态下,在自身重力和掩护梁背矸重力沿工作面倾斜方向分力的作用下,支架有下滑的趋势。受力分析如图1所示。图1支架受力原理支架处于临界下滑状态的平衡方程为:(G+Pw)sin-f1(G+Pw)cos=0 (1)式中,G为支架自重;Pw为支架掩护梁背矸重力;为底板倾角;f1为支架底座与底板间的摩擦因数。由式(1)可以看出,支架的临界下滑与重力大小无关,仅取决于工作面倾角和支架底座与底板间的摩擦因数。在实际工作中,支架与底板间的摩擦因数受多种因素(底板岩性、浮煤和水等)的影响,金属与煤层间的摩擦因数

6、一般取0.20.3。因此,自重条件下支架不下滑的工作面倾角应小于16。当支架在正常支护状态时,由于支架支撑力的作用,支架与顶、底板间的摩擦阻力较大,一般不会发生整体下滑。而当移架或顶板冒顶时,有可能出现下滑现象。由于顶梁间排列紧密,而且有侧护板的约束,不会出现工作面顶梁下滑的现象;而支架的底座间为避免相互咬架,一般留有较大的间隙,支架底座有较大的横向移动空间,这就导致了支架主要是底座沿工作面下滑,底座下滑引发了支架沿工作面向下倾倒。2.1.3初撑力的影响在大采高工作面,支架要撑得紧,稳定性才能保证,支架的初撑力是支架移架后对顶板最初的主动作用力。所以,它对提高移架后支架的稳定性具有重要作用。支

7、架的初撑力大,则主动作用于顶板上的力就大,顶板对支架的摩擦力就大,支架的稳定性相应得到提高。2.2纵向稳定性支架的纵向稳定性是指支架在运动和承载过程中,支架结构沿对称中心平面方向(垂直于工作面方向)保持其几何状态稳定的特性。2.2.1水平摩擦力影响液压支架以四连杆机构作为其稳定机构,具有承受水平力的能力。但是当支架承受纵向水平摩擦力时,必然引起底板比压和支架外载合力的变化。由摩擦力引起的支架合力作用点变化为:e=fh (2) 式中, e为底座支撑合力与顶梁合力的距离;f为顶梁与顶板间的摩擦因数;h为支架工作高度。由此可见,大采高支架合力作用点的位置变化大,如果水平摩擦力方向指向工作面方向,则底

8、座合力向前移动,使底座前端比压增大,甚至合力超过底座,造成支架纵向失稳(栽头、倾倒)。2.2.2仰采和俯采对支架纵向稳定性的影响仰采、俯采工况对支架纵向稳定性影响较大,容易造成支架的纵向倾倒。仰采时,在承载阶段,水平摩擦力、顶板压力沿顶梁的分力均指向采空区,使支架合力作用方向向采空区偏移,支架合力在底座的作用点也向后偏移。如果仰角加大到一定程度,支架可能产生后倾倾向。俯采时,在初撑阶段,摩擦力方向指向煤壁,使支架合力向煤壁方向偏移,支架合力在底座的作用点也向前偏移。如果俯角加大到一定程度,支架在初撑阶段有前倾倾向。3提高稳定性的措施ZY10000/28/62大采高液压支架是郑州煤矿机械集团股份

9、有限公司根据神华宁煤集团羊场湾煤矿的地质条件设计的,针对此煤矿的煤层倾角和走向方向上的起伏坡度,该液压支架在以下几方面进行了改进。3.1改善四连杆机构销轴孔的间隙支架四连杆机构销轴与销孔配合间隙是影响液压支架稳定性的重要原因。因此,要求四连杆机构销轴与销孔配合间隙小于1.7 mm。在空载条件下,支架处于最大高度时,顶梁水平状态相对底座中心线的最大偏移梁应小于80 mm。ZY10000/28/62的底座、连杆、掩护梁连接的销轴与孔的实际间隙不大于0.85 mm,顶梁、掩护梁销轴与孔实际间隙不大于1.2 mm,四连杆与底座和掩护梁、顶梁与掩护梁连接耳的横向间隙小于10 mm,以提高支架的稳定性。3

10、.2提高初撑力支架初撑力对顶板的稳定性影响很大,如果初撑力不足,工作面直接顶易发生离层,进而造成顶板的早期破坏,导致支架失稳。ZY10000/28/62大采高液压支架具有很高的初撑力,达到7 915 kN,是工作阻力的79%。3.3采用主动防倒、防滑形式ZY10000/28/62大采高液压支架采用主动防倒、防滑形式,提高了支架的稳定性。主动式防倒、防滑,就是预防支架倾倒、滑动,包括2个方面:支架在静态时的主动防倒、防滑。在倾斜工作面,支架一架一架地靠在一起,由于载荷和重心的作用,支架会发生倾倒,而使用支架的侧推千斤顶及侧护板可起到防倒、防滑作用。支架在动态移架过程中的主动防倒、防滑。动态移架过

11、程中的主动防倒防滑是在工作面向前推进的移架过程中的主动防倒、防滑功能,保证支架在移架过程中不倾倒下滑或挤死。4结语ZY10000/28/62大采高液压支架自下井使用以后,工作情况稳定,减少了在井下使用中出现的问题,对提高产量、保障安全等起到了至关重要的作用。ZY10000/28/62大采高支架的稳定性的分析,为今后更大采高支架的研制工作提供了借鉴。参考文献1王国法.液压支架技术M.北京:煤炭工业出版社, 1999.2闫海琴,龚宇.浅析大采高支架的稳定性J.煤矿机械, 2005(12): 56-58.3丁绍南.采煤工作面液压支架设计M.北京:世界图书出版公司, 1992.附录BStability

12、 Analysis and Control Methods on Above 6 m Hydraulic Supports with Large Mining HeightSUN Pan, LI Yang, GUO Dan-dan(Zhengzhou Coal Mine Machinery Group Co, Ltd ,Zhengzhou450013,China)Abstract: The stability of hydraulic supports in thick coal seam, inclination seam is a fundamental problem. ZY10000/

13、28/62 hydraulic support was designed according to the conditions of2#coal seam in Yangchangwan Coal Mine of Ningxia Coal Industry Group. The paper took ZY10000/28/62 as an example, to explore stability of above 6 m hydraulic supports with large mining height, and to analyze there a sons for toppling

14、, so as to bring forward theme a sures to the stability of hydraulic supports in high mining inclination coal seam, which is also as guidance to the design of hydraulic support in fully-mechanized working face.Keywords: inclination coal seam; hydraulic support with large mining height; stability analysis1 working surface geological conditionsOur country western the rich reserves of coal resources, with the twenty-first Century mining mineral resources in China key moves on the west, coal development has become the important support of economic development in We