综掘机载前探支护装置的研究与应用

2012-01-05任建丽

同煤科技 2012年1期

关键词：顶梁掘进机油缸

任建丽

综掘机载前探支护装置的研究与应用

任建丽

介绍了综掘机载前探支护装置的设计思路、系统组成、装备原理。

煤矿开采；综掘巷道；支护方式；综掘机载前探支护；护顶力

0 引言

我国煤矿综掘巷道的前探支护目前普遍采用架设多道钢管方式。该前探支护方式存在被动支护、护顶力小、支护面积小等问题。同时该支护方式工效低，难以实现一掘多锚，锚杆钻机拖出拖进的次数频繁，严重制约掘进速度。并且该前探支护方式曾导致多起人身伤亡事故的发生。综掘机载前探支护装置的研制应用，可替代目前使用的串管前探支护方式，其支护面积和支撑力均有较大程度的提高；在锚杆支护过程中工人有安全保障；能缩短煤矿机掘巷道锚杆支护的辅助时间，提高机掘巷道综合月进尺。同时将上钢梁网、片帮保护、除尘降尘和安全报警技术应用于该支护装置上，形成一种多功能的机载前探支护装置，提高巷道迎头和设备的安全性，加快掘后的降尘，从而提高综掘速度。

1 机载前探支护装置的设计

机载前探支护装置依据大同矿区顶板情况和不同巷道岩体分类，确定前探护顶力。以护顶力和巷道工矿条件为基础，对机载前探支护装置各大部件进行设计。该前探支护装置主要由护顶梁、主臂、前护梁板、喷雾降尘系统及报警系统和液压系统等几大部分组成，采用全液压传动。

1.1 巷道前探护顶力的确定

根据大同煤矿集团公司四台矿井下综掘巷道顶板的情况，对其11#2806巷道，利用有限元软件建立模型，进行模拟分析。采用有前探支护10 kN、20 kN、30 kN和无前探支护建模并进行分析比较，从而确定该矿综掘巷道的前探支护力大小。巷道断面为4.5 m×3.2 m,巷道锚杆排距为0.8 m。巷道围岩特性属于II类，巷道位于模型的中心，见图1。

图1 巷道模型截面示意

根据有限元分析结果得出无前探支护、10 kN、20 kN及30 kN围岩应力分析、应变分析及位移分析可知，采用20 kN相对比较合理。因此，将该矿综掘巷道顶板前探支护力确定为20 kN是较为安全的。以下设计都是采用20 kN护顶力为基础进行分析的。

1.2 机载前探支护装置主要部件设计

机载前探支护装置主臂采用2层套筒式伸缩结构，内置主臂油缸，可使主臂伸缩。主臂前端与护顶梁为铰轴联接，主臂后端与掘进机铰轴联接，并采用翻转油缸，可实现翻转运动。调平油缸一端与主臂铰轴联接，一端与护顶梁铰轴联接。调平油缸用以调整护顶梁的仰俯角，使护顶梁平行巷道顶板。护顶梁由中护顶梁、左右两侧护顶梁以及前端护顶梁等组成。前挡板采用柔性结构，框架式外框，内部采用柔性钢丝绳编制，形成一个柔性网，以更好地适应巷道迎头的工况。见第13页图2。

1.3 液压系统设计

液压系统的可靠性直接影响到该设备的使用可靠性、安全性。根据实际工况要求，支护装置液压动力源由掘进机液压系统提供，与掘进机交叉工作，所以该支护装置与掘进机工作互不影响。

图2 支护装置主要部件结构

该支护装置的液压系统主要由6支油缸、手动换向阀组以及两位四通阀组成。6支油缸的缸径有4支为63 mm、2支为100 mm。支护装置从开机到支护油缸运动到支护位置只需3 min内即可完成。速度过快容易造成危险。因为巷道顶板不平整，护顶梁贴顶冲击大会造成护顶梁变形。设计的2支100 mm缸径的油缸，总行程都为800 mm；4支63 mm缸径的油缸，总行程分别是520 mm，800 mm。

选用S100型掘进机供刮板的CBZ250/40/32型泵为支护装置提供液压动力，根据计算该泵的流量完全满足支护装置使用（当然供星轮的50泵也可以）。液压系统见图3。

图3 支护装置液压系统原理

1.4 安全报警系统设计

为了满足煤矿安全生产的需求，提高机掘巷道前探支护装置的安全性能，研制了专为前探支护装置配套的压力超限报警装置。该报警装置能自动检测支撑压力的大小，当支撑压力大于该设定值时，实现声、光报警，为生产人员的安全撤离创造了条件。报警装置从主臂的油缸取出压力信号，通过触点压力表控制本安型声光报警装置，达到一定设定压力时报警仪报警，同时在液压系统的安全阀泄压，保护设备。该装置主要由矿用隔爆兼本质安全型电源箱、压力变送器及矿用本质安全型声光报警器等组成。其结构组成框图见图4。