综采工作面液压支架自主调斜调偏技术

王振环

（山西潞安集团司马煤业公司，山西 长治 046000）

1 液压支架倾斜原因分析

1.1 工作面煤层倾角大

当工作面的煤层倾角大于15°时，液压支架的倾斜角度较大。在此情况下，支架的重力较为分散，顶座与工作面顶板之间的摩擦力减小，底座与底板之间的摩擦力也减少，导致支架稳定性降低，容易发生滑动倾斜。

1.2 工作面遇到断层构造带

一般情况下，煤层顶板凹凸不平，波浪起伏，厚度不一，多处有断层的现象，工作面的倾角或大或小，不断变化，这些情况容易引发支架稳定性降低，甚至倾倒。当工作面的顶板受到破坏时，如果不能及时支护，煤壁的压力就会增加，进而压碎煤层。当顶板在压力的作用下被压碎下沉，造成顶板不平整，进而造成支架不稳，引发支架倾角甚至倒架。

1.3 液压支架采高超过规定高度

液压支架类型较多，选用哪种型号需要根据煤层厚度来确定。如果煤层厚度深浅不均，支架采高超过规定高度时，容易使支架的支撑力降低，引发支架倾斜。此外，工作面倾角如果超过12°，并且连续有多个支架超高时，都会形面侧向滑动，造成支架倾倒。

1.4 调斜操作不正确

调斜，始终是综采工作中的重点。如果调斜操作不正确，容易造成输送机不稳，使支架倾斜，顶板稳定性降低，危及安全生产。

2 常用支架调斜调偏技术分析

2.1 液压支架侧护板调斜技术

液压支架的侧护板，是当前综采工作面的主要调斜手段，通常安装在支架一侧，具有调整支架状态的作用，主要用以调整相邻支架的倾斜度，这样可以在支架过山或退山时起到控制的作用。通常，支架活动侧护板的有效行程在150～200 mm 之间，而支架顶梁的间距在50～90 mm 之间，因此，侧护板要发挥其应有的作用，需要处于略微倾斜的姿态。但在实际操作当中，还存在局限性。一是当支架下侧为活动侧护板时，如果侧护板全部取出，那么无法进行调架，如果没有全部取出，那调架的调量较为有限；二是当支架上侧为活动侧护板时，同样无法调整支架。

2.2 液压支架调尾千斤顶调偏技术

该调偏技术，主要是在支架底座尾部安装千斤顶，利用其来调整支架底座之间的距离，也可用来调整其方向。这种调偏技术在实际操作应用当中，有三个不足：一是如果没有固定好千斤顶，在使用过程中容易出现滑动的情况；二是如果工作面倾角大，两个支架的底座之间就会有高度落差，特别是这个落差高于支架底座时，千斤顶的固定较为困难，受力点不够牢固，此时容易出现支架倾斜；三是一般情况下两个支架底座之间的距离在100～200 mm 之间，而千斤顶的行程一般在250～300 mm 之间，明显大于支架底座的距离，因此调架余量较小。

3 综采液压支架调斜调偏新技术

3.1 液压支架自主调斜调偏技术思路分析

从分析中可发现，现行支架调斜或调偏技术确实存在需要改进完善的空间。液压支架在安装进入工作面后，会与相邻的支架之间形成一个受力的整体，共同支撑起综采的稳定空间，又因每个支架拥有独立的系统，这就需要拥有独立的自主调节功能，而当前主要使用的液压支架均缺乏这一功能。因此，基于自主调节功能的调架技术，是一项新的研究方向。根据力学原理，增加千斤顶的有效行程、固定受力点、增大千斤顶推力，是解决液压支架调斜调偏技术的必要条件。从这一思路出发，液压支架的自主调斜调偏技术，主要是对支架进行垂直方向和水平方向的姿态调整。

3.2 液压支架自主调斜调偏技术

3.2.1 液压支架自主调斜技术的计算模型

自主调斜，是在支架底座位置安装组合式的推移装置，不再像以往一样借助邻架的力量，而是基于本支架进行操作。当支架转动进行位移时，转动角度设为θ，组合式推移装置会产生推力，设为F，该推力的作用点在支架底座，底座另外一侧的侧边为旋转轴，推力的力臂为支架的宽度，设为D。此时，推动支架转动的力矩可计算为：

与传统的调斜技术进行比较，有两个优势：一是传统的调斜技术，由于受到液压支架顶梁尺寸的约束，侧护板的推移直径和推移行程会受到相应的影响，推移能力有限。而自主调斜技术下，侧护板的推移直径、行程均有较大的余量，可以通过增加推移装置的推移缸直径来实现。二是从协调控制的角度来看，传统技术需要借助邻架进行操作，而自主调斜技术则不需要借助其他支架，操作流程明显继续缩短，效率得到有效提高。

3.2.2 液压支架自主调偏技术的计算模型

在液压支架底座的尾部安装千斤顶，并增加由1个大座体和2个推移体组成的后调装置，既可以独立推移，又可以同步推移，共同对支架底座形成推力，实现自主调整。

在实施自主调偏操作时，千斤顶对支架产生推力，设为F，该推力的作用点在支架底座，而底座的重心为旋转轴，支架宽度是该推力力矩的2 倍，在转动支架的过程中还需要考虑到摩擦力的影响，因此，支架转动的推力力矩可依公式（2）进行计算：

式中：f 为摩擦力。

与传统的调偏技术进行比较，有两个优势：一是现行的调偏技术，由于受到液压支架底座尺寸的限制，在推移过程中推移能力有限，推移的直径和行程距离都会受到相应的影响。而自主调偏技术下，在支架底座尾部安装推移缸，其直径、行程均有较大的调整余量，可通过增加推移缸的直径来提升推动力，同时，由于推移缸可独立操作，从而获得了更高的调偏自由度。二是从协调控制的角度来看，自主调偏技术不需要借助其他支架，进而得到了更快的操作流程和更高的调偏效率。

3.3 液压支架底座调斜技术

液压支架调斜装置，安装在支架底座上，以千斤顶为主要装置，可单独升降，也可相互配合操作，可以调整液压支架前后、左右与上下的姿态位置。

在实施操作时，主要观察支架的倾倒方向，哪侧倾倒就调升哪侧的装置，当液压支架过山或退山时，分别升起支架底座一侧的2个调斜装置。在升起过程中，根据实际情况可配合降架操作，将支架调整到迎山接顶的状态。

3.4 液压支架尾部调偏技术

液压支架调偏装置，安装在支架底座尾部，主要由左右两侧的推移千斤顶为主要构件，既可单独推移，又可同步推移。

在移动支架的时候，当支架偏移到左侧或右侧时，可将支架底座尾部的千斤顶分别伸出，以底板为支撑点，推动支架向左侧或右侧摆动，进而调正方向。如果支架不到位，可将千斤顶同时伸出，推移支架到位，排成直线。

4 工程应用

某煤矿805 综采工作面，长1000 m，倾斜159 m，储煤量120 万t，倾角从南到北处于21°～32°之间，平均28°，地质构造较复杂。在回采过程中，上半段的支架经常出现倾斜问题，调架困难，直接威胁到生产安全。基于此，利用自主调斜调偏技术，安装了相应的调斜调偏装置，调架工作变得简便，效果明显，性能稳定，有效改善了工作环境。

5 结语

基于当前支架调偏调斜技术的不足，本文结合力学原理探索分析了自主调斜调偏技术的具体思路和模型计算，并通过某矿实践应用，验证了自主调斜调偏技术的控制实施效果。