尉建辉

(大同煤矿集团有限责任公司，山西 大同 037001)

大同煤矿集团北辛窑矿8108首采工作面切眼长约200 m，煤层厚度3.2～7.05 m,平均5.69 m,含0～4层夹矸，煤层倾角大多数区域为17～22°，局部倾角达29°，工作面走向倾角±12°，采用一次采全高综合机械化放顶煤开采，采高为3.0～3.5 m。由于工作面恶劣的地质条件，现有的液压支架无法满足使用要求，因此，针对该工作面大倾角条件下放顶煤液压支架进行了设计。

1 主要结构的确定

1.1 顶 梁

顶梁采用一体式，这种顶梁可靠性高，结构比较简单，平衡性能好，前端的支撑性能好。在顶梁上设置有防倒装置的连接位置，用于安装防倒千斤顶。顶梁两侧均设置有活动侧护板，在使用时，锁紧销将其中需要固定的一侧锁紧，另一侧可以活动。双活侧左右工作面可以互换，确保活侧永远指向巷道。顶梁断面结构如图1所示。

图1 顶梁断面

1.2 掩护梁

掩护梁的结构为整体箱型，两侧也同时采用活动侧护板，可更好地对液压支架工作状态进行调整。如图2。

图2 掩护梁断面

为了使这种设计结构更具有加工工艺性，分析得出套筒在使用时承受侧推千斤、弹簧及导杆的竖直方向的重力及千斤伸缩活动时的横向摩擦力，其中侧推千斤顶与其中一侧的侧护板进行固定，套筒与各板之间力学关系决定了套筒与各板之间的焊接关系，所以确定了套筒只与主筋焊接的工艺，与相关的耳板、中筋板不焊接，耳板与箱梁主体零件焊接，起到力学作用点避让的效果，提高了焊接过程中组点效率，减少了焊接工作量及焊接变形，为液压支架总装奠定了良好的基础。

1.3 前后连杆

为了提高液压支架在倾斜状态下抗侧压的能力，前后连杆均选择双连杆形式，即液压支架纵向形成稳定的框架结构，使液压支架受到的侧压分担到双连杆上(双连杆比单连杆的结构优点就是可以承受抗扭性强)，让连杆起到防倒的功能。

1.4 底 座

底座采用半开档形式，刚性大，对底板比压小。前端有过桥装置，可以增加它的整体性能，过桥上设置有抬底千斤顶的安装位置，用于安装抬底千斤顶。底座还设置有调架千斤顶所需的连接装置，位于其中后部的下方位置。 底座一侧设计安装底调架机构，另一侧预留底调梁机构安装孔，使用时预留底调梁机构的安装孔需要用堵头堵上。

在过桥顶端的两侧预留两个42 mm直径的圆孔，用于防滑装置的安装连接。

在底座后部焊接一块耳板，预留两个46 mm直径的圆孔，用于防后部输送机下滑的防滑装置连接。

1.5 防倒、防滑、防护结构的确定

1) 防倒装置。防倒装置对于大倾角液压支架是必要的配置。防倒装置的作用主要是防止支架在倾斜的工作面发生倾倒。如果在工作时出现这种情况，防倒装置可以将其拉回原来的位置。它的主要结构形式采用平拉式，即相邻的支架顶梁下方安装有连接头，用于连接防倒千斤顶，这种连接以2架支架为1组进行调架，通过防倒千斤顶的收缩与伸出实现。如图3。

图3 支架顶梁上的防倒装置

2) 防滑装置。防滑装置主要是防止支架在工作面进行不必要的滑动，它可以调节液压支架之间的距离。防滑装置最重要的结构是调架梁，当支架发生滑动时，通过邻架调架梁的调节，使它回到原位置。调架梁一般情况下位于底座的侧面，可在支架移动时起到一定的导向作用，避免底座下滑及调整底座位置。如图4。

图4 支架的底调梁机构

3) 防护网的设计。为防止煤块或矸石的坠落伤及工作人员和支架，设置加装了防护网，防护网的安装孔设置在顶梁上。防护网分刚性防护网和柔性防护网两种，使用时将两种防护网交叉布置，有效地挡住煤块和矸石的坠落，达到安全保护效果。

2 液压支架结构及参数

最终确定液压支架为ZFQ13000/25/38型支撑掩护式低位放顶煤液压支架，其结构如图5所示。主要技术参数如下：高度(最低/最高)：2 500/3 800 mm；宽度(最小/最大)：1 660/1 860 mm；中 心 距：1 750 mm；初 撑 力(P=31.5 MPa)：10 128 kN；工作阻力(P=40.43 MPa)：13 000 kN；底板前端比压：0.95～3.52 MPa；支护强度：1.29～1.31 MPa；泵站压力：31.5 MPa；操纵方式：本架手动操纵。

图5 液压支架整体结构

对于大倾角工作面，下端头处的设备布置尤为重要，下端头处设备的倾角越小越稳定。为减缓下端头处的弯曲度，提供足够的支撑力，增加稳定性，下端头处的设备采用倾角递减的布置方式(即设备布置时在工作面走向长度方向倾角变缓)。并且前后部输送机与液压支架之间增设防滑机构，如图6所示。

图6 前后部输送机防滑

3 使用效果

ZFQ13000/25/38型大倾角放顶煤液压支架的设计，开创了大同煤矿集团在大倾角工作面应用放顶煤液压支架的先河。经过北辛窑矿首采工作面一年多的使用证明，支架所采取的防倒、防滑措施很好地适应了最大29°倾角的工作面，工作面采完后对支架结构件、立柱千斤顶进行检查没有发现质量问题。该套液压支架工作性能稳定，满足了开采大倾角煤层的要求。