张开式伪倾斜掩护支架的探讨

左少云

(湖南省湘潭矿业集团有限公司， 湖南 湘潭市 411228)



张开式伪倾斜掩护支架的探讨

左少云

(湖南省湘潭矿业集团有限公司， 湖南 湘潭市 411228)

针对急斜煤层中伪倾斜掩护支架的结构固定，对煤层厚度、倾角等产状变化的适应性差，研究设计了四边形和“八 ”字形张开式伪倾斜掩护支架，实现了支架的支撑宽度在一定范围内可调，适用条件大大扩大，同时减轻了工人的劳动强度减少了管理上的环节。

张开式伪倾斜掩护支架；四边形；“八”字形；伸缩油缸

0 引 言

我国急倾斜煤层的储量占我国煤炭储量的4%，而南方地区80%的矿区赋存有急倾斜煤层。急倾斜煤层属难采煤层，其地质条件复杂，赋存不稳定。伪倾斜掩护支架采煤法是开采急倾斜煤层一种较好的采煤方法，但目前使用的伪倾斜掩护支架长度已固定，当煤层的厚度与倾角变化较大时，支架下放较困难且易丢煤，如果工作面继续向前推进，就必须对局部挑顶或卧底，这样不但影响产量、效率和煤质，还增加了管理上的困难，这使它的适用条件受到了很大的限制。因此为适用煤层赋存条件的变化，将固定架形的伪倾斜掩护支架变成张开式伪倾斜掩护支架是非常适合当前发展需要的。

1 张开式伪倾斜掩护支架结构设计思路

考虑到掩护支架对煤层赋存不稳定的适应性,在支架上安装一个伸缩油缸，通过中间油缸的伸缩来控制连接在油缸两端上的可移动工字钢的伸缩，达到伸缩支架的目的，从而有效控制可缩性支架的支护宽度，对不同厚度、不同倾角的煤层达到更好的适应效果，并具有足够的支护空间，保证了通风量，改善了工人的工作环境。

现对掩护支架进行设计时提出四边形和“八 ”字形张开式伪倾斜掩护支架两种设计方案。

2 四边形张开式伪倾斜掩护支架设计方案

此掩护支架是在顶梁中间加一伸缩油缸，控制支架顶梁的伸缩，改变顶梁的长度可以有效控制破碎顶板和适用煤厚的变化。该支架由顶梁、中肢、上下肢梁以及一个伸缩油缸4部分组成，如图1所示。顶梁为0.6 m长的工字钢在中间加伸缩油缸与0.7 m中肢焊接，上下肢梁分别与顶梁、中肢焊接在一起，支架通过顶梁中间油缸的伸缩来调节顶梁的长度，从而改变支架的支护宽度，可在1.65～2.0 m 之间调节。伸缩油缸选用内注液式，通过人工操作手柄来调节油缸的伸缩。

图1 多边形掩护支架的工作状态

3 “八 ”字形张开式掩护支架设计方案

“八 ”字形张开式掩护支架在顶梁和上、下肢梁上都加入伸缩油缸，上、下肢梁的油缸伸缩可以改变支架的高度，可以适应在一定高度范围内煤层的变化。该支架由顶梁、上下肢梁以及两个伸缩油缸3部分组成，如图2所示。顶梁为1.3 m长的工字钢，侧梁为0.8 m长的工字钢，顶梁与上下肢梁之间用销钉连接在一起，伸缩油缸两端分别铰接在顶梁和侧梁上，通过伸缩油缸的伸缩来调节顶梁与肢梁之间的夹角，从而使支架的支护宽度可在1.55～2.0 m之间调节。伸缩油缸选用内注液式，通过人工操作手柄来调节油缸的伸缩。

图2 “八”字形掩护支架的工作状态

4 支架的受力、载荷分析

4.1 支架的受力分析

(1) 支架两端支承在煤壁上，钢绳下拉钢梁，此情况发生在工作面上拐点，钢梁受力最大，由于架下有点柱支承，使钢梁抗弯能力增大。

(2) 支架支承在煤壁上，钢绳下拉钢梁，这种状况经常出现，对钢梁比较有利。

(3) 钢梁支承在钢绳上，此情形受力状况最好，为防止钢绳破断，在架下加打点柱。

(4) 梁的两端支承在煤壁上，此种情形对梁最不利，最大弯矩产生在梁的中点。

4.2 支架的载荷分析

张开式伪倾斜掩护支架的关键是支架结构和零件强度问题，是支架的工作状态是否动作自如，这些因素与支架的承受载荷有关，而支架上方冒落的岩石重量，只有一部分作用在支架上，有相当一部分重量受自然平衡拱的影响，作用到煤层的顶底板岩石上，再加上冒落岩石与顶底板之间、冒落岩石之间的相互摩擦阻力，作用在支架上的力就减少了。因此在进行支架的强度设计时，应按梁中点处的最大弯矩力设计，以增强钢梁的抗弯能力，其重量的大小，可通过模拟试验求得。

5 应用展望

张开式伪倾斜掩护支架在不改变原有掩护支架基本特征的基础上，通过人为地调整掩护支架下放的工作状态，实现了支撑宽度在一定范围内可调，使支架两端的跨度适应煤层厚薄变化，顺利安全下放。支架具有下放方便，并有利于提高煤炭质量和安全系数，加快回采进度，同时还可避免浪费国家资源等优点，在伪倾斜掩护支架工作面具有很好的应用和推广价值。

[1]李栖凤.急倾斜煤层开采[M].北京:中国煤炭工业出版社,1984.

[2]顾文卿.煤矿矿井支护新技术与支护设计计算及支护产品选型、设计、维护实用手册[M].北京:中国煤炭工业出版社,2007(S)：70-72.

[3]曹允伟,王春城,陈 雄,等.煤矿开采方法[M].北京:中国煤炭工业出版社,2005.

[4]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.

[5]左少云.伪斜多边型金属掩护支架采煤方法在急倾斜煤层中的应用[J].采矿技术,2010.(收稿日期：2015-10-29)

左少云(1981-)，男，湖南湘潭人，采矿工程师，国家注册安全工程师，主要研究方向为急倾斜煤层高产高效采煤方法研究，Email:327558030@qq.com。