正四连杆过渡支架放煤收煤系统

幸 睿

(大同煤矿集团 机电装备公司中央机厂，山西 大同 037001)

近年来，随着煤炭市场回暖，动力煤需求量日趋增加，随着开采煤层延伸大同煤矿集团公司多个煤矿煤层越来越厚，为了适应特厚煤层的开采需要，高端放顶煤液压支架的使用量越来越多，中央机厂作为国内高端液压支架主要制造工厂之一，也逐步形成了以同煤集团千万吨级矿井、本部延伸矿井工作面综采放顶煤液压支架为主打产品的经营模式。通过此次对综放工作面地质条件的考察和“三机配套”[1]中液压支架的位置核定，发现在综放工作面采煤的过程中采出率仍无法达到理想状态，存在漏采和不能完全回收煤炭的现象。为此，塔山矿8216工作面通过改造靠近中部支架的前面两架和后面一架过渡支架，使其具备放煤收煤功能，增加煤炭回收率，提高采煤产值。

1 研究内容

为了满足过渡架放顶煤、收顶煤的需要，对大量的综放工作面“三机配套”资料进行分析，“三机配套”局部示意图见图1.

图1 综放工作面“三机配套”局部示意图

从图1中可以看到，靠近中部支架的头部两架过渡支架处于后部刮板运输机的起坡段，而且起坡高度并不大，过渡槽尚属于低高度槽，后部顶煤完全可以垮落入刮板机内，实现收煤功能。尾部一架过渡支架同理。

2 设计方法

在原“三机配套”中，过渡支架[2]的配套断面图见图2.

为了满足放顶煤、回收煤的要求，对这3架过渡支架进行了重新配套，做出了新的配套断面，见图3.

图3 改造后过渡支架配套图

通过图2和图3 的对比，发现改造前的过渡支架后部只具备支护功能，支护后溜刮板机的机组部分，防止落入煤矸石等。改造后的过渡支架已经和后溜刮板机链槽相连，在采煤的过程中通过尾梁和掩护梁的动作，使放顶煤直接跨落在后溜刮板机链槽中，最大限度地提高了工作面的采出率。

根据配套断面和放煤工艺要求，选定了尾梁、插板、尾梁千斤顶、插板千斤顶的基本功能尺寸，并对过渡支架放煤机构进行设计。

1) 尾梁的设计。

a) 原支架中尾梁的总长度为1 400 mm，改造后尾梁总长度设计为1 600 mm. 之所以需要加长200 mm，是因为在设计的过程中发现，如果采用1 400 mm长度，尾梁相对与其连接的插板长度较短，不能使内部的插板完全伸出。按1 400 mm长度计算，插板结构伸出的重心距离与尾梁连接部分力矩较大，对支架尾部造成极大的负担，增加了支架对强度的需求，尤其使支架整体的重心靠后偏移，对支架的稳定性造成影响。此外，通过增加尾梁长度，能够具备足够的支护空间，通过尾梁千斤顶的回转伸缩，可以实现对后部刮板机的支护和放煤、收煤空间的调整，达到放煤机构的支护、放煤、收煤要求。

b) 在原设计中，支架不需要放煤收煤机构，设计长度为1 400 mm，其后部有结构件挡矸板，当支架按照支护需求伸展，其掩护梁—尾梁—插板—挡矸板结构支护长度约为3 800 mm，满足工作面支护需求。如果在不需要放煤收煤的情况下，将尾梁部分设计为1 600 mm，相对内部插板结构会增加400 mm，则总体支护长度增加600 mm. 根据综放面工作空间要求，若过渡支架此时通过千斤动作完成支护，则会与后方的煤壁发生碰撞，造成生产事故。由此可见，不能为了保证正四连杆过渡两种支架的尾梁部分互换性，将非放煤机构的尾梁盲目加长200 mm.

c) 由于尾梁长度较长，参照以往非放煤、收煤的过渡支架尾梁构形式，在结构件强度上需要做提升变更，通过增加横筋高620 mm×宽420 mm×厚20 mm，提高箱梁断面积，以加强尾梁强度和抗冲击强度。

d) 取消尾梁后端的挡矸板及挡矸千斤的连接耳等相关结构。由于此时过渡支架的功能发生变化，改造后的过渡支架已不再保护后刮板机机组，而挡矸板的作用是防止煤矸石的落入。改造后的过渡支架已完全具备放煤收煤支护作用。见图4.

图4 尾梁改造前后图

2) 插板设计。

插板总长度设计为1 740 mm，比原设计中的插板加长540 mm，能够通过其伸缩，伴随尾梁回转实现较大投影面积的支护功能。通过图2和图3对比可知，由于过渡支架底座较高，插板距离后部刮板运输机中部槽的高度较大，无法对煤、矸进行防漏，可能导致后部煤、矸落入后溜槽与底座中间，造成拉后溜困难，甚至导致拉后溜链条被挤断。所以，经过断面配套图2确定，原设计中支架完全升起后，尾部离底板的最近距离约1 950 mm，在改造设计方案后，如图3，插板到底板的最小距离应大于700 mm，而在横向(x轴方向)的最小距离应满足防护刮板机后溜的功能。根据实际设计原理中尾梁插板的后摆角度及插板伸出与收回的极限位置的计算，最终确定改造后的插板长度1 740 mm. 插板为箱体结构，通过增加相应的筋板来增强抗冲击强度。此外，更改插板与插板千斤顶的连接耳位置，在不影响插板千斤顶强度、功能的前提下，确定下连接耳的合理位置，见图5.

图5 改造前后的插板图

3 结 果

1) 通过对塔山矿8216工作面ZFG13000综放过渡支架的放煤机构进行重新设计，该套机构重新投入使用后，支架所在工作面巷道压力明显降低，巷道来压不再剧烈，尤其是顺槽巷道内的端头支架维护量减少，调架千斤顶的损坏情况降低。从巷道地质条件变化来看，底鼓现象不明显，三角煤处的自由垮落和片帮减少[3].

2) 回收煤炭总量可观。

每个工作面按照140架支架计算，过渡支架为头三尾四或者头四尾五布置，通过配套改造设计，对过渡支架进行放煤机构优化，增加3架放煤支架，占总放煤量的3÷140=2.14%.以塔山矿某工作面日产4.8万t计算，每天可以增加煤炭回收48 000×2.14%=1 027 t，月回收总量可增加3万t.

4 结 论

通过对“三机配套”综放工作面的研究，发现紧贴工作面的头部两架和尾部一架过渡支架的起坡坡度较小，可以改造为拥有放煤收煤功能，即由原来的尾梁—插板—挡矸板支护结构改造为尾梁—插板放煤、收煤结构，既能提高采出率，又能满足过渡支架对机头机尾部分的支护要求，符合安全生产要求，增加了综放工作面的采煤工艺方式。

参 考 文 献

[1] 于孔玉,王文见,颜丽珍.综采工作面三机配套技术研究[J].煤矿现代化,2016(3):22-23.

[2] 钱洋喜.四柱放顶煤过渡支架纵向稳定性的分析与研究[J].煤矿机械,2015,36(7):68-70.

[3] 陈学平.综放工作面顶煤冒落影响因素分析[J].山西焦煤科技,2015,39(5):47-49.