大采高液压支架自动控制技术研究

题 ，改变 国 内 同 类 支 架 长 期 依 赖 进 口的局 面 ，于 ２０ ０ ３年 设 计 开 发 了 Ｚ ８４ ／５５ ５ Ｙ ６０ ２ ．／ ５型 掩 护 式 支 架 ，并 在 晋城煤 业 集 团寺河 矿投人 使用 。该 支架 是 在吸 收 国际上先 进 支架优 点 的基础 上 ，结合 我 国国
国产 大 采 高 液压 支 架 的研 究现 状 与 发展趋 势
张银 亮 ，赵 军。
（．煤炭科学研究总 院 开采设计研究分院 ，北京 １０ １ ；２ １ ０ ０ ３ ．晋城煤业 集团技术 中心 ，山西 晋城 ０ ８０ ） ４０ ６
［ 摘
要］ 分析 了国内大采高液压 支架的研制及发展过程 ，着重 阐述 了支架 的高度 、工作 阻力 、
（ ． ｏｌ ｎｎ １Ｃ ａ Ｍｉｉｇ＆ Ｄ ｓ ｎｎ ｒｎ ｈ ｈｎ ｏｌ ｅｅｒｈＩｓｔｔ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ ｈｎ ； ｅｉ ｉｇＢａｃ ，Ｃ ｉａＣ ａ Ｒ ｓａｃ ｔｕｅ ｅｉｇ１０ １ ，Ｃ ｉａ ｇ ｎｉ ｊ ２ Ｔ ｃｎ ｌ ｙＣ ｎｅ， ｉｃｅｇＣ ａ Ｇ ｏｐ ｉｃｅｇ０ ８ ０ ，Ｃ ｉａ ． ｅｈ ｏｏ ｅｔ Ｊｎｈ ｎ ｏｌ ｒｕ ，Ｊ ｈ ｎ ４ ０ ６ ｈｎ ） ｇ ｒ ｎ
ｐ ｒ ｔ ａ ｇ ｉｉ ｇ ｈｅｇ ｔｉ ｎ ｉａ ｅ ｓ ｗｅ １ ｏ ｗｉ ｌｒ ｅ ｍ ｎ ｎ ｉｈ ｓ ｉ ｄ ｃ ｔ ｄ ａ ｌ． ｔ ｈ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｌｒ ｅ ｍｉ ｉ ｉ ｈ ；ｐｏ ｒ ｄ ｓ ｐ ｒ； ｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔｓａｕ ａ ｇ ｎｎｇ ｈｅｇ ｔ ｗｅ ｅ ｕ ｐｏ ｔ ｅ ｅｏ ｎ ｔｔ ｓ
第１ ３卷 第 ６期 （ 总第 ８ ５期）
２０ ０ ８年 １ ２月
煤 矿 开 采

（ 内蒙古伊 泰集 团公 司 生产事业部 ，内蒙古 鄂尔多斯 ０７０ ） １０ ０
摘
要 ：为 了研 究 ６一１ １综采 工作 面 Ｚ ８４ ／５ ５５ ，０ Ｙ ６ ０２ ．／５液压 支架的适 应性 ，文章通 过现 场 实
测分析 了液压 支 架的初 撑 力和 工作 阻 力对工作 面顶板控 制 效果 、 工作 阻力分 布规律 及 支 架运 转特
Ｌ Ｕ Ｊａ ｇ Ｚ Ｉ ｉｎ ， ＨＡＮＧ ａ — ｆ Ｘｉｏ ｕ，Ｚ ＥＮＧ Ｈａ — ｌ ｉ ｉ
（ ｒｄ ｃ ｏ ｅａｔ ｎ，Ｉｎｒ ｎｏｉ Ｙｔｉ ｒｕ ｏ ｏａ ｏ ｔ． Ｏｄｓ １０ ０ Ｃ ｉａ Ｐｏｕｔ ｎＤ ｐｒ ｉ ｍｅｔ ｎ ｅ ｇｌ ｉ ｏｐＣｒ ｒｔｎＬｄ ， ｒｏ ７ ０ ， ｈｎ ） Ｍｏ ａ ａＧ ｐ ｉ ０
性 。分析 结 果表 明本套 支架在 ６一煤层 开采 适 应性 较 好 ，支 架选 型 能 够 满足 该 矿 地 质 条件 要 求。
研 究结论 为浅埋煤层大采高工作 面支架选型和顶板控制提供 了参考。
关键 词 ：浅埋 煤层 ；大采 高；液压 支架 ；工作 阻力 ；适应 性
中图分 类号 ：Ｔ ３５ Ｄ ５
为了研究62101综采工作面zy864025555液压支架的适应性文章通过现场实测分析了液压支架的初撑力和工作阻力对工作面顶板控制效果工作阻力分布规律及支架运转 ７期 ０ １年
浅 埋 深 大 采 高综 采 工作 面 液 压 支架 适 应 性 分 析
刘 江 ，张孝福 ，曾海利
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｂ ｌ ｙ ｏ ｅＺ ６ ０ ２ ． ／ ５ ｈ ｄ ａ ｌ ｏ ｒ ｄ ｓ ｐ ｏ ｐ ｌ ｄ ｉ ｏ ６ —２ ０１ｆ ｌ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｔ ｙ ｔ ｕ ｔ ｉ ｔ ｆ ｈ Ｙ８ ４ ／ ５ ５ ５ ｙ ｒｕ ｉ ｐ ｗｅ ｅ ｕ ｐ ｒ ａ ｐ ｉ Ｎ ． ｕ ｈ ａ ｉ ｔ ｃ ｔ ｅ ｎ １ ｕｌ ｙ ｍｅ ｈ ｎ ｚ ｄ ｃ ａ ｎ ｎ ａ ｅ，ｔ ｅ ｓｔ ａ ｕ ｅ ｎ ａ ｐ ｌ ｄ ｔ ｎ ｌｚ ｈ ｎ ｔ ｌｓ ｐ ｏ ｆ ｒ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｗ ｒ ｅ ｉ ａ ｃ ｃ ａ ｉｅ ｏ ｌ ｍｉ ｉ ｇ ｆｃ ｈ ｉ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｓ ａ ｐ ｉ ｏ ａ ａｙ ｅ ｔｅ ｉ ｉ ａ ｕ ｐ ￣ ｏ ｃ ｎ ｈ ｏ ｋ ｒ ｓｓ ｎ ｅ ｅ ｗ ｅ ｉ ｔ

高支 架的适应性也进行 了分析 ，指 出了其中的规律 ，对大采高 的设计 和使用有一定 的帮助和借 鉴意义。
关键词 液压 支架 ；大采高 ；稳 定性 ；适应 性
中图分 类 号 Ｔ ３５ 文献 标识 码 Ａ Ｄ５． ４ 文章 编号 １７—６ １（ １）３—２４ ０ ６３ ９７一２ ２０２ ００ —２ ０
２ ０ ４
理 论研 究 苑
２ 宰 ６万 科２蓑霸 ０年 期 Ｌ １第 搿
大采高 液压支架 的稳 定性 和适应性 分析
王 玉安
（ 安徽 省矿业机电装备有限责任公司 ，安徽淮北 ２ ５ ０ ３ ０ ０）
摘 要 对引起 大采高支架不稳 定的因素进行 了分析 ，并给 出了具体的解决措 施 ，并对 其采取的对策 和措施进 行 了系统研 究 ，同时对 大采
夹角。
Ｂ 为底座耳板间宽度 ；ｂ 为前连杆耳板厚。设支架采高在６ 时 ， ．ｍ ８ 根据计 算 ，当销轴孔间隙为 １ ｍ （ ．ｍ ５ 包括名义尺寸和公差 ）时，顶梁最大偏移 梁可达１０ｍ ７ ｍ；当间隙为０ ５ ｎ 时，顶梁最大偏移量可降至７ ｍ 。说 ． ｒ ８ ｒｎ ８ ｍ 明间隙越小 ，支架在横向上就越稳定。 ④在非水平开采有一定倾角的工作 面，随着煤层倾 角的增大 ，支架 会沿煤层底板下滑，在采煤工作面上 ，为保护底板 ，防止漏矸 ，顶梁和 掩护梁都是通过侧护板连接的侧推千斤顶和预 紧弹簧紧紧的连接在一起 的 ，而底座支架的间隙相对较大 ，易造成底座失稳下滑。这种失稳通常 发生在支架支撑力不够或无支撑力，如在移架 的过程中或者冒空 区。
１ 大 采高 支架 稳定 性分 类及影 响 因素
大采高液压支架稳定性包括单个支架 和工作面支护系统的稳定性两 个方面。保持支架的稳定性就是要尽量降低不利 因素的影响，有效提高 支护系统 的稳定性。本文着重介绍单个液压支架 的稳定性，包括横向稳 定性和纵向稳定性 。 １ 横 向稳定性是指支架在运动和承载过程中 ，支架结构与对称 中 ） 心平面垂直方 向 （ 沿工作面方 向 ） 保持稳 定的特性 。横 向稳定性在 实 际使用 中主要 产生不稳定 的形式 主要 有３ ：顶 梁与底 座发生相对 角 种 位移 ；顶 梁与底座发生相对线位移 ； 梁平面相对底座平 面有 一横向 顶

由于支架 高宽 比过大 ，加之零部件 间隙过 大， 当使用 在倾 角大于 ｌ。 右 的煤 层时 ， 成 ２ 左 形 支架 顶梁组件 向支架 顶 、底面垂 直线 的倾 斜下 方严 重偏移 ， 受载后使支 架零部件损坏 、 至倾 甚 倒 。这 种削弱 的稳定性 容易造成 下列问题 ： １ （） 支架倾 倒 、 支撑效果不 佳 ；２支架受力恶 劣 、 （） 承 载能 力下降 ；３顶 板管理 困难 。 （） 顶梁横 向偏移 后的支架受力情况如 图 １ 及 图 ２ 示 ， 以看 出 ，１合力 作用点偏移 ， 所 可 （） 对支 架 中心 的力 矩为 ： ＝ Ａ （） 向摩擦 力 ｆ Ｍ１Ｆ ； 横 ２ Ｆ对 支 架产生 力矩 Ｍ２ｆ Ｈ 对 顶梁 、 － ＇， 底座 等产生 横 向弯 喃 ， 而掩护梁 、 前后连 杆受扭 曲 ； ） （ 附加 力 ３ 矩 Ｍ对顶梁 、掩护梁及立 柱产生横 向弯 曲 ， 且 使前 后连杆受力增大 ； 立柱 及连杆等结构件 使
变 电站综 合 自动化系统 的一个 部分 ， 作为 一个 软件模 块 嵌入在就 地监 控主站 中运 行 ， 过变 通 电站 内监 控网络 获得 系统信息 ， 包括 相关 节点 的 电压 、 电流 、 有功 和无功 、 变档 位以及 有关 主 断路 器和 隔离开关 的位 置信息 ， 通过 按照 预定 的控 制原则 做 出调整决策 。 上 述 两种 方式 都 为 变 电站 级 的电压 无 功
控制 ， 不能实 现全局 的最优 控制 。分散 式 的电 压无功 控制 方式 （ 独立 Ｖ Ｃ装置 或软件 Ｖ Ｃ Ｑ Ｑ ） 达到 了局部优 化 电压 和无功 的作用 ， 缺乏潮 但 流的大局 观 ，仅 能保证 受控母 线 的 电压 合格 ， 不能达 到全 网功率损耗 最小 的 目的。 当电网 中 各 站 的 Ｖ Ｃ各 自独立 调节 ，可能 导致某 些站 Ｑ 抽头 的频繁调 整 。且对 无功欠 缺地 区 ， 在用 电 高峰时 ， 节装 置为满 足 中低 压侧 电 压要求 ， 调 会 使变 压器 比差减少 ， 导致 高压 网向低压 网 的 无功传输 加大 ， 输电线 和变压 器 的无功损 耗增 加， 使高 压侧 电压严重 降低 。其结 果不 仅使上 级 电 网的有功 网损增加 ， 由于受 端电 压的降 且 低 而使 电网在输 送 同等 容量 负荷情 况下 ， 稳定 域度降低 ， 严重 时可造 成电压 崩溃 。 电压无 功控 制 是一 个 全 网关 联 的控 制 问 题， 应在 考虑全 网优化 的前提 下实 现 区域 或变 电站 的局 部优 化。 ４３ －区域 电压 无功 控制 ． 电力 系统 区域无 功 电 压控 制 （ Ｖ ） Ａ Ｃ 是从 全 网角度分 层 、 区对 电压和无 功进 行协 调优 分 化 控制 ，实现 电网所有 无功装 置 自动调节 ， 是 提 高 电压合 格 率 、降低 调 度集 控 人员 劳 动强 度、 提高 系统 电压 稳定控 制水 平和 电网运 行经 济性 的有效 手段 。 区域 电压无 功控制 是在 主站 （ 调度或 集控 站） 系统软 件中设 置一个 电压无 功控 制 的高级 应用 软件 。 据子站 发送 的遥信遥 测量进 行潮 根 流计 算 和状 态估 计 得 出各个 变 电站 节 点 的电 压 和无功 范围 ，给 出每个 变 电站 的控 制策 略 ，

文章编号:1003-5923(2002)03-0072-03大采高强力液压支架的参数确定及结构设计岳文辉(湘潭工学院机械工程系,湖南湘潭411201)摘　要:大采高强力液压支架是针对神东煤田浅埋深、薄基岩、厚风积沙等特定地质条件而研制的一种高性能综采液压支架。

本文对该类支架的工作阻力、初撑力、支护高度等主要参数进行了分析计算,并对其主要结构进行了设计。

关键词:液压支架;工作阻力;结构设计中图分类号:TD 353.41 文献标识码:A1　前　言神东煤田煤层埋深浅、基岩薄、上覆厚松散沙层,顶板岩层破断运动具有明显的特殊性,这种类型的浅埋煤田在世界上较为少见,因而对该类型煤层顶板岩层的控制几乎没有可借鉴的成熟理论和适用的支护设备。

从1991年起,神东煤炭公司相继对多个普采工作面和综采工作面进行了矿压观测,研究浅埋深煤层顶板的矿压显现规律,在建立了一整套厚风积沙、浅埋深煤层矿压理论,充分掌握“支架-围岩”相互作用关系后,分别与德国DB T 公司和英国JO Y 公司合作,研制出了适应神东煤田采场矿压特点,满足高产高效型综采工作面煤层顶板支护要求的高性能综采液压支架。

图1　大采高强力掩护式液压支架2　支架主要技术参数确定2.1　工作阻力浅埋煤层工作面在初次来压和周期来压期间,顶板结构都将出现滑落失稳,老顶难以形成自身稳定的岩梁结构,支架主要承受结构失稳形成的压力,最危险状态的载荷是“给定失稳载荷”状态。

支架工作阻力根据该矿压理论计算确定。

(1)老顶初次来压期间的支护阻力计算支架必须提供的支护阻力P m 0由直接顶岩柱重量W 和老顶结构滑落失稳所传递的压力R D 0组成,即P m 0=W +R D 0 作用于支架的直接顶岩柱重量为W =L k b 2h Θg式中　L k ——控顶距长度;b ——支架宽度;2h ——直接顶厚度;Θg ——岩石视密度。

老顶结构滑落失稳传递压力为R D 0≥b (l 01Θg +K G 0h 1l 01Θ1g )0.54-0.24i -sin Η1式中　K G 0——初次来压时载荷传递系数,K G 0=l 01 (2h 1Κtan 5)K t 0;5——载荷层内摩擦角;Κ——载荷层侧应力系数;K t 0——载荷传递的时间因子;l 01——老顶岩块长度;Θg ——老顶关键层视密度;h 1——载荷层厚度;Θ1g ——载荷层平均视密度;Η1——断裂岩块回转角;i ——块度(岩块厚度与长度之比)。

１ 梁 ． 顶 ２掩 护 梁 ． ３连杆 ． ４底 座 ．
液 压 支 架 的 主 要 承 载 结 构 为 顶 梁 、掩 护 梁 、 连
杆 、 座 、 柱 和 平 衡 千 斤 顶 。 由 于 支 架 结 构 比较 复 底 立
杂 ， 虑 到节 约计算 成本 ， 不 影 响计算 精 度 和不对 考 在
作者简介 ： 晓（９ ７ ， ， 李 １８ 一）男 硕士在读
文 章 编 号 ： ６ ２ ０ ２ （ ０ ２） ４ ０ ４ ～ ２ １ ７ — １ １２ １ ０ — ０ ５ ０
大 型 焊 接 件 的 组 装 工 艺 探 讨
程 玉 。黄 家 仕 （ 州 压 力 机 械 有 限公 司 ， 苏 徐 州 ２ １ ０ 徐 江 ２ ０ ４） 摘 要 ： 述 了大 型 焊 接 件 的 一 种 装 配 与定 位 方 法 ， 决 了传 统 装 配 工 艺 的 问题 ， 装 简 便 ， 配 精 度 高 。 叙 解 安 装 关 键 词 ： 械 制 造 ； 接 件 ； 配 工 艺 ； 杆 ； 套 机 焊 装 锥 锥
模 ； （ ） 压 支 架 部 件 轴 心 的距 离 和 位 置 不 改 动 ， ２液 主
推广 应用 ｌ 采 高增 大使 工作 面上覆 岩层 断 裂 、 落 】 ｌ 。 垮 后 产 生 的 自由 空 间 增 大 ， 层 断 裂 、 落 过 程 延 长 ， 岩 垮 动 载加 剧 ， 作 面基本 顶来 压更 加强 烈 ， 作 为 大采 工 而 高 综 采 工 作 面 关 键 设 备 的 大 采 高 液 压 支 架 ， 出现 问 题 的 几 率 也 远 大 于 一 般 采 高 的液 压 支 架 Ｊ 本 文 以 。
前 处 理 中 建 模 比 较 难 ，本 文 通 过 对 Ｐ ｏＥ与 ＡＮ— ｒ／ Ｓ ＹＳ做 一 定 的 设 置 实 现 它 们 的 无 缝 连 接 ，之 后 在 Ｐ ｏＥ 软 件 中 建 立 支 架 的 ｊ 维 模 型 导 入 ＡＮＳ ｒ／ ＹＳ软 件

346大采高工作面停采维护及回撤液压支架技术的研究刘厚荣 陕煤集团神南产业发展有限公司摘 要：本文针对大采高工作面搬家时实际需要采场的宽、高，分别从停采维护方案的确定以及回撤液压支架技术做了深入的剖析，现场总结经验，提出了一套切实可行的方案，对大采高搬家具有一定的参考及指导意义。

关键词：大采高工作面停采维护回撤液压1 概述随着采掘设备的快速发展，一些大功率的采煤机、运输机及支护高度较高、支撑强度较大的液压支架相继问世，使6 米以上煤层一次采全高成为可能，大大提高了资源回收率，为企业创造了可观的经济效益，但大采高工作面与普通综采主要区别是工作面采场高、宽，由于采场压力并不随采场高、宽的增加成正比增加，而是成几何级倍数增加，这就要求大采高工作面在停采维护过程中顶板管理要采取有针对性的措施。

目前，7米大采高工作面在我国境内屈指可数，就陕煤集团红柳林矿业公司而言，应用时间较短。

大采高工作面针对顶板控制、撤架方法深入调查研究，并结合工作面的实际情况，通过大量数据的科学计算、分析，从施工工艺、工序到施工过程中可能出现的影响因素进行考虑，不断进行优化设计，制定了一套较为完善的方案。

2 工作面地质概况顶板直接顶为细砂岩为主，局部为粉砂岩，厚度为 1.6 米～55 米，含水平层理或斜层理；煤层倾角 0°～1°，平均0.4°，采高 6.3~7.6 米。

3 支护设备工作面液压支架使用ZY17000/32/70D 型支撑掩护式支架，支架参数：宽度：1.960～2.210 米支架中心距离：2.05 米支架初撑力：12364千牛（P=31.5 兆帕)支架工作阻力：17000千牛（P=43.3 兆帕)支架重量：68.5 吨4 在停采维护、撤支架时的具体做法4.1 采高的确定ZY17000 支架最低高度为 3.0 米，根据工作面煤层的厚度及顶板来压时的下沉量，确定工作面的停采高度为 4.5 米。

在 我 国 。倾 斜 厚 煤 层 煤 炭 产 量 占煤 炭 总 产 量 的 ４ ． ％ ， ５４
其 中很 多 矿 区赋 存 有 ３ ５ ． ～５０ 厚 的煤 层 。 这 类 煤 层 在 淮 ．ｍ
无 疑 具 有 重要 的 现 实 意 义 。
南 、大 同 、徐 州 、开 滦 、邢 台 、阜 新 、神 府 、晋 城 等 矿 区
当然 ，大采高综 采 也将 带 来 一 些 问题 ：如采 高 加大 ， 将 引起片帮增 加 ，矿压显 现加 剧 ；另一 方面 支架 高度增加 将 降低支架 的稳定性 ，造 成工 作面 支架事 故频 发 ，使工作 面的产量 、效益 并不能较 大 幅度地增 长 。因此研究 大采 高 工 作面综采支架 的稳 定性 问题并 找到行 之有 效的控 制技术
ｑ
位移 ，即高架 在走 向方 向上歪 扭 ，属 横 向歪扭 ；②顶 梁 与
底 座 发 生 相 对 线 位 移 。 即 高 架 沿 倾 向倾 倒 ，属 横 向 倾 倒 ； ⑧顶 梁 平 面 相 对 底 座 平 面 有 一 横 向 夹 角 ， 顶 梁 与 底 座 不
平行 。
３ ）将顺槽布置 于工作 面侧向魈性 破坏 区外 ，有利 于巷
时间 ／０ 步 １０
１ 方 案 一 ：２ 方 案 二 ；３ 方 案 三 一 一 一
［ ］ 浦海，缪协兴 ．综放 采场覆 岩冒落与围岩支承压 力动态分布 ４ 规律的数值模 拟 ［］ Ｊ ．岩石力学与工程学报 ，２ ０ ，０ ． ０ ４ ７ ［］ 刘传孝 ，王同旭。扬 永杰 ．高应力 区巷道 围岩破碎 范围的数 ５
２０ ０ ４， ７； ２ １ ４ ３～ ２ ６ ４１
［］ 孙广忠 ．岩体力学的进展一岩体结构 力学 ［ ］ ６ Ｊ ．岩石力学 与

ｍ ｍ。１ ０ １工作 面 回撤 通道 支 护 形式 为锚 网索 ， ２１ 净 宽 ９６ ０ ｍ 净 高 ２９ ０ｍ 净 断面 积 ２ ．４ｍ ； ０ ｍ， ０ ｍ， ７ ８ 全
断 面铺 设 ６ ０ｍ 冷拔 钢筋 焊接 网 ， 钢 筋梯 。采 ． ｍ 挂 用 木垛 进 行 二 次 支 护 ， 木 规 格 为 １０ ｍ ×１ ０ 方 ７ ｍ ５ Ｉ ×１６ ０ｍ Ｔ ｌ ｍ ０ ｍ。每排 ３个 木垛 ， 间排 距 ２６ ０ｍ ０ ｍ ｘ
板， 连接 处 采 用 ２条 Ｍ２ ０×８ ｌ 螺 栓 紧 固连 接 。 ０ Ｉｍ Ｔ 钢板 连 接 采用 搭 接 形式 ， 与 块搭 接 长 度 １ ０ｍｍ， 块 ０
钢板 滑道 铺设 （ １ 至装车 平 台。 图 ）
１ 工 作 面概 况
１０ １ 作 面 位 于 西 翼 盘 区 ， 采 煤 层 属 于 二 ２１工 开
２ １ 液 压 支 架 回 撤 滑 道 ．
为 了能使 大 型支 架在 回撤通 道 中顺 利 撤 出 ， 减 小 出架 时摩 擦 阻力 ， 计 加 工 了 回撤 专 用 滑 道 。滑 设
量４ ０余 ｔ 。采用 传 统 的绞 车拖 拉 、 拉 葫 芦 解 体 回 手
撤 支架 方 式 ， 回撤 环节 多 ， 度慢 ， 全保 障系 数低 ， 速 安 占用较 多 的人 员和设 备 。本 文 以 １ ０ １大采 高工 作 ２１
叠 系 下 统 山西 组 ， 为 东 一盘 区 ， 南 为 Ｄ 断 层 东 东 Ｆ，
煤柱 ， 西邻 西 二盘 区轨 道 运输 巷 ， 为未 采 的 １ ０ １ 南 ２ ３
工 作 面 ， 为 工业 场地 保 护 煤 柱 。采 用 走 向长 壁 大 北 采 高综 合 机械 化采 煤 方 法 ， 工作 面 沿 煤 层倾 向方 向 共 布 置 １０架 Ｚ １ ０ ０ ２ ／ ０掩 护 式液 压 支 架 ， ２ Ｙ ３０／ ５５ 单 架 质量 ４ ， ２ｔ外形 尺 寸 ７４ ０ｍｍ×１６ ０ｍｍ× ０ ７ ８ ２５ ０

压 支架
工
。
、
m
的
、
一
次采全 高液
、 ，
支 架 的 主 要 动 作 有 升 柱 降柱 推 溜 移 架 采 煤
。
作 面 推 进 起 主 要 作 用 的就 是 推移 机 构
、
、
推 移 机 构包 括 连接头损坏 后
，
推移千斤顶 推杆 连接头 以及 连接销轴
，
。
力 集 中撕 裂 改 进 后 为
。
，
一
整 体 结 构 在方框 四 角 采 用 圆 弧
， ，
加 合理 箱 体 的刚 度 也 大大 提 高 ；
，
(5 )推杆前 部与 连 接 头 连 接 处 端 部 采 用 整 体 窗 口 板
设 计 大 大 减 小 了 因 结 构 件 焊 接 质 量 引 起 的应 力 集 中 以
，
，
前推杆前部均采用 上 下 左 右 四块板 通 过 焊 接组 成 框 型
由于 焊 缝 熔 合 区 金 属 属 于 铸 态 组 织
一
，
。
铸 件 容 易 产 生 铸 造 缺 陷 使 强 度 降低 我 们 通 过 对 铸 造 连 接 头 的 结 构 进 行 改进 使 受 力 分 布 比 较 合 理 在 连 接 头 双
，
。
，
。
，
、
、
，
( 4 )采 用 等 断 面 箱 形 推 杆结 构 因 推 杆 中部 底 板 和 盖
，
板 所 受 弯矩 最 大 我 们 增 加 了 上 下 补 强 板 使 受 力 分 配 更
。
头连接处连接销轴改用
( I )考 虑 大 采 高支 架 较 重 约
，
40t

下几个方面 ：
（） ２ 优化设计结构 ，不但让支架强度的可靠性得到保证 ， 同
时要尽可能地 提高结构 的刚度 ， 减少支架受力后的位移 和变形 。
（） ３ 工作面支护系统的稳定性提高 。 工作过程 中增加相邻支
架之间的调架能力 ， 设置好排尾排头的支架组 ， 让工作面支护 系 统有可靠的依托及相对稳定 的整体性。
作 者简介 ： 国龙 ， １７ 出生，０ ９ 孟 男，９ ９年 ２ ０ 年毕 业于太原理工 大 截割高度 已经达 到了 ６ ｌ ． ｎ。基于实践应用 的技 术分析 ， ８ 当前 先
学， 助理工程师 ，４０ １ 山西省晋城 市 ０８２ ，
进的采煤机已经能够满 足 ６７ｎ ～ 煤层一次大采 高的技术要求。 ｉ
入 了一个更 高的阶段。 参考文献
般双滚筒采煤机可以一次截割 ６ ～ ． ７ｍ的煤层 ，也可以使 ５
用 ２台采煤机进行分步截割 ， 前面 １ 台采煤 机负责截割上部的煤 层， 后面 １台采煤机负责截割下部的煤层 。 液压支架上设置 了护帮 高度不少于采高 ｌ ／ ２的三级护帮配置 ，在支架推移杆 和输送机挡 煤板之间安置 了调平监测装置和传感器 ， 这些方案 已经成功实现
性控制 由工作面 系统 和单个支架 的稳定 性控制来决定 。它 的 目
煤层高效安全和高采出率是世界煤矿业重点攻关的难题之一 。
目前 ， 国内综机制造 业的发展 迅速 ， 按产 品数 量来说 ， 已经是名 列前茅 ， 是设备 的可靠性 、 但 技术性 能 、 先进性 等还落后 于国际 先进水平 。因此 ， 研制高可靠性的大采高技术 和液压支架是非常
第２ ７卷
第２ 期
中国神 华集 团和郑州煤机集团联手研 制出了高达 ６３ｍ、 ． 工

大采高大工作阻力液压支架液压系统的设计优化摘要：大采高大工作阻力液压支架液压控制系统设计的好坏直接关系到工作面能否正常有序的进行生产，完成预定的生产指标。

通过对液压系统的合理设计优化，缩短了单台及成组支架完成一个动作循环的时间，使各动作顺序更合理，操做方面更方便。

关键词：大采高、大工作阻力、液压系统中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）23-374-010引言大采高大工作阻力大截深工作面液压支架，由于立柱缸径大、推移油缸缸径大行程长、液压油缸多、多级护帮需要联动等，这就要求支架即能快速动作能跟上采煤机牵引速度又要求支架液压系统能安全准确的完成各种指令动作，故对大采高大工作阻力液压支架液压系统的设计优化尤为重要。

以zy18000/32/70d支架液压系统设计为例对大采高大工作阻力大截深工作面液压支架系统进行设计优化。

1工作面主进主回系统布置zy18000/32/70d液压支架为两柱掩护式电控液压支架，支架工作阻力18000kn，最大支护高度为7米，护帮为三级护帮机构，立柱为φ500mm缸径、平衡φ280mm，推移φ230mm。

经计算要适应工作面小时单产量以及采煤机牵引速度，每台支架完成一个动作循环时间不能大于8.2s，六台支架同时动作循环时间13.74s同时需要提供乳化液流量3000l/min；为满足工作面对流量的要求，工作面主进主回管路采用三供三回环形供液系统。

工作面乳化液泵站出来三路高压出路和三路回路，三路高压出路经高压反冲洗过滤站净化后连接至工作面；排头采用双供双回路连接到架内，架前通过一路供回路连接到工作面排尾支架到架内，形成一个完整的三供三回环形供液系统，布置图如图1所示图1工作面主进主回系统布置图2支架内部液压系统的设计（1）立柱供回液系统设计由于立柱缸径大，需要大流量快速供回液才可以满足支架在短时间内的动作要求，故对立柱进行供液采用一个立柱快速供液阀，立柱下腔供液直接通过快速供液阀快速供液流量大速度快。

（ １ ） 通过对大采高工作面液压支架 与围岩关系 的研究，得 出大 采高液压支架所受载荷来源 于两部 分：顶板松脱体压力和 回转变形 压力。进一步研究发现，大采高液 压支架 的最大工作载荷与采 高并 非简单的正 比关系，而是非线性关 系。这对大采 高液压支架 的支护 强 度 和 工 作 阻 力确 定 有 指 导 意 义 。 （ ２ ） 通过对煤层地质条件的消化， 确定 了支架 设计的初 始条件 ； 对 两 柱 掩 护 式 液 压 支 架 主 要参 数 确 定方 法 和确 定 原则 进 行 整 合 ，建 立 了两柱掩护式液压支架的虚拟样 机模 型。通过 该虚拟样机 ，计算 了Ｚ Ｙ １ ０ ８ ０ ０ ／ ２ ８ ／ ６ ３型强力大采高液压支架的主要几何参 数和 受力情 况 。运 用 ｐ ｒ ｏ — Ｅ的运动分析、Ｕ Ｇ Ｓ结构有限元分析和物理样机试验 ， 证 明建立的大采高液压支架虚拟 样机模 型是正确的、合 理的，可以 满足设计要求。利用这种虚拟样机技术可以针对 设计任 务快速 的提 出设 计 方 案 ， 占领 市场 。 （ ３ ）本文采用 了两个计算机辅助 设计软件 ｐ ｒ ｏ — Ｅ和 Ｕ Ｇ Ｓ ，利用 该软件建立的模型及分析结果，可以对支架的有 一个 超前 的、准确 的、全面的认识 ，以便及时调整设计方案、材料选取 等，计算机辅 助设计软件的应用极大的降低设计成本 提高设计 速度 ，缩 短设计周 期。
是一致的。

４ 结 论
图 ７顶粱偏载 、底座弯曲加 载
图中曲线 １为虚拟样机应力变化曲线，曲线 ２为物理样机应力 变化曲线，横坐标为测点，纵坐标为应 力值 。图中同一曲线 的两个 测点之间的连线没有任何实际意义，仅仅 为了表 示不 同曲线相 同两 测 点 之 间 连 线 的变 化 趋 势 。从 图 中可 以看 出 ： １ ）从整个液压支架 来说，应力值从大到小顺序相同，依次为掩 护梁、底座、前连杆和后连杆、顶梁；从单个结构件 来说，物 理样 机与虚拟样机应 力值大小分布也是相 同的，比如底座的 １ ～８测 点和 顶梁的 １ ７ ～２ ３ 测 点。 这说 明虚拟样机可 以真实的反映物 理样机 的受 力状况 。 ２ ） 无论是物理样机还是虚拟样机 ，测 点 １ ４处的平均应力最 大， 为一 ３ ６ ３ ． ９ Ｍ Ｐ ａ ／ ４ １ ９ ． ０ Ｍ Ｐ ａ 。根据实际经验 ，大采高液压支架掩护 梁的 受力是最复杂的，掩护梁经常损坏也是在测 点 ｌ ４这个 区域 。 这 说明 了虚拟样机很好的反映了液压支架在使用过程 中的薄目 日 环节。 ３ ）除了掩护梁上平均应力最大外 ，底座 上测点的 ５ 、６ 、７应力 也 比较 大 ，分 别 达 到 了一 ２ ３ ５ ． ６ Ｍ Ｐ ａ ／ 一 ２ ７ ０ ． ７ Ｍ Ｐ ａ 、一 ２ ５ ８ ． ６ Ｍ Ｐ ａ ／ － ３ ０ ９ ． ８ Ｍ Ｐ ａ和一 ２ ９ ７ ． ９ Ｍ Ｐ ａ ／ ～ ３ ２ ７ Ｍ Ｐ ａ ，这 主 要 是 由 于加 载 方 式 （ 工况 ）所 决 定的 。由于底座受弯 ，其 中部的挠度最大，应力值最大。反之，如 果底座受扭转载荷时，测点 １和 ２位置的应 力值 自然就大 了。另外， 项梁的应力总的来说 比较小，这也是由于顶梁偏载的工况决定的， 如果顶梁受弯，则顶梁上 的平均应力就 比较大。 ４ ） 无论是物 理样机还是虚拟样机 ， 所有测试点的应力值均未超 过４ ６ ０ Ｍ Ｐ ａ ，这也说 明了结构 的整体合理型 ，但是这也并不是说明，

第１ ５卷 第 ３期 （ 总第 ９ ４期）
２ ０年 ６月 ０１
煤 矿 开 采
Ｃｏ ｌｍｉ ｉ ｃ ｏ ｏ ｙ ａ ｎｎｇ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ
Ｖ １ １Ｎ ． （ ｅ ｅ ｏ９ ） ｏ ．５ ｏ３ Ｓｒ ｓＮ ．４ ｉ
Ｊ ｎ ２ １ ｕｅ ００
大 采 高综放 液压 支 架 的设计 研 究
苏林 军
（ 地 科 技 股 份 有 限 公 司 开采 设 计 事 业 部 ，北 京 １０ １ ） 天 ００３
［ 摘
要 ］ １ ２ ｍ特 厚煤 层一次采全高 的技 术核心是 大采 高综放 液压支 架及其 与采煤 机、刮 ４～ ０
板输送机之 间在生产能力 、设备性 能、设备 结构 、空 间尺寸等方 面互相匹配。着重介绍 了大采高放 顶
煤液压支 架工作阻力 、片帮控制 、横纵 向稳定性 、新型 四连杆 中通 式大空 间放 顶煤支 架稳定机构 和伸
缩 梁 Ｖ 型 槽 导 向结 构 以及 抗 冲 击 立 柱 设 计 的技 术 关键 。
［ 关键词 】 大采高 ；综放 ；液压支 架；特 厚煤层
［ 图 分 类 号 ］Ｔ ３ ５４ 中 Ｄ ５．１ ［ 献标 识码］Ａ 文 ［ 章 编 号 ］ １０ －２ ５ （０ ０ ３０ ７ －３ 文 ０６６ ２ ２ １ ）０ －０ ７０
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ａ ｄ ｂ ｌ ｃ ｎ ｅ ｏ ｒｄ ｃｉ ｎ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ， ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｅ ｏｍａ ｃ ，ｅ ｕｐ ｎ ｔ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｅ ｕ ｐ ｎ ｉｅ， ｔ ．ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｍａｎｙ ｉ － ｎ ｅｔ ｏ ｖ ｙ ｒｉ ｐ ｏ ｕ ｔ ａ ａ ｉ ｔ ｅ ｕ ｐ ｎ ｒ ｒ ｎ ｅ ｑ ｉ ｍｅ ｔｓ ｕ ｔ ｒ ｎ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｚ ｅ ｃ ｈ ｓ ａ ｅ ｉｌ ｎ ｎ ｏ ｉ ｐｆ ｒ ｓ

为 泥岩。本煤层工 作面采 用 大采高 采煤 工艺 ， 设计 最 大采高 ６ ｍ。煤层顶板 抗压强 度较低 ， 平均在 ３ ０ ＭＰ ａ以 下， 抗 剪与抗拉强度更低 ， 根据顶板岩 层的岩石力 学性 质及岩性分析 ， 按照直接顶分类指标及 参考要 素 ， 确定 其直接顶板为 Ｉ 类不稳定顶 板。
大 采 高 支 架 选 型
Ｂ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５—２ ８ ０ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ５ ９
Ｆ Ｌ Ａ Ｃ数值模拟研究确定杨家村煤矿大采高液压支架的支护强度 ， 确定液压支架 的主要技术参数 ， 并介绍 了液压支架的主要特点。
张文 义 ， 孔凡军， 徐 中正
（ 山 东 能 源 临矿 集 团 军城 煤 矿 ， 山 东 鱼台 ２ ７ ２ ３ ５ ０ ）
摘
要 大倾角掘进工作 面上 山施工过程 中如遇 到断层、 陷落柱 等地 质构造时， 巷道 围岩 比较破碎 ， 给 顶帮管理造成很 大的 困难 ， 影响安奎施
Ｐ＝ｑ １ ＋ｑ ２ ＝ｎ×Ｚｈ Ｘ ｙ （ ４ ）
目前主要的液压支架支护强度确定 方法有基 于顶
板 结构分析的估 算法 、 基 于顶 板分类 的支 架 支护强 度 计算 方法 、 基于支 架 围岩 相互 作用 关 系的数值 模拟 方
法等 。本文采用基于顶板结构分析 的估 算法和基 于支 架 围岩相互作用 关 系的数值 模拟 方法 两种方 法 比较 ， 进 而确定合理 的液压支架支护强度 。 ２ ． １ 基 于顶 板结 构分 析 的估 算法
２ 液 压 支 架 支 护 强 度 确 定
ｑ 。 ＝∑ｈ Ｘ Ｌ× Ｙ
（ ２ ） （ ３ ）

大采高液压支架一、大采高液压支架的功能及特点：大采高液压支架是指采高的煤层在5米以上的液压支架，就叫做大采高液压支架。

大采高液压支架的使用，解决了现有大采高液压支架由于结构不合理导致生产效率低下且支护强度得不到有效保证的问题。

不仅可实现工作面采放均衡生产、改善顶煤冒放性、缩短放煤时间、提高工作面采出率，而且为工作面配备大功率后部输送机提供了空间，有利于工作面通风断面加大，减少瓦斯对工作面生产的影响，可以进一步提高工作面单产，减少工作面的安全隐患。

二、大采高液压支架的工作原理：支架的动力是来自泵站的高压乳化液，经由主进液管路送到工作面，并与每架支架的进液平面截止阀相连，通过过滤器然后导入支架，再通过操纵阀组分配到各液压缸，以完成支架所需要的各项动作。

从支架流回的低压乳化液通过操纵阀组与回液平面截止阀由主回液管路流回泵站乳化液箱供循环使用。

三、大采高液压支架的结构组成：大采高液压支架主要由结构件、液压系统和防倒、防滑、调架及抬底座装置三大部分组成。

1.主要结构件有：伸缩梁、护帮板、顶梁、掩护梁、底座、前、后连杆、推杆及侧护板等。

2.液压控制系统除了立柱、各种千斤顶外，还包括各种液压控制元件（操纵阀组、安全阀、液控单向阀等）和液压辅助元件（管接头件、胶管等）。

3.防倒、防滑、调架及抬底座装置包括顶梁、掩护梁的左右侧护板及各自的侧推千斤顶、弹簧套筒等，也包括各防倒、防滑缸的连接耳座及调架缸、抬底座缸与连接件等。

4.支架各结构件之间及结构件与液压元件间均通过销轴、螺栓等连接，管路连接采用快速接头、U型卡，拆装维护方便。

四、大采高液压支架在安装或者使用时注意事项：1、操作者必须经过培训，熟悉支架的性能、结构及各元件的性能、作用，熟练准确的按操作规程进行各种操作。

2、支架在安装完毕后，在通液前应对主进主回油路进行通液清洗，确保液压系统中无杂物。

3、移架前要认真清理架前、架内的浮煤和碎矸，以免影响移架。

尤其是柱窝浮煤碎矸必须清除，否则可能影响立柱的摆动。

DOI:10.16525/14-1134/th.2019.04.127总第192期2019年第4期机械管理开发MECHANICAL MANAGEMENT ANDDEVELOPMENTTotal 192No.4，2019引言由于采煤工作面不同程度的渗水以及工作废液的排放，液压支架在支护顶板的过程中，支架的支护机构会受到来自采工作面矿压的压力，造成液压支架底座的对地比压增大，导致支架整体发生陷落，工作面的采煤作业也无法正常进行，所以在进行采煤作业时，大采高液压支架在工作时进行抬起、移架等动作时的稳定性对于整个支架十分重要。

1关于大采高液压支架重心在设计过程中的稳定性问题设计时必须将液压支架的重心保证在抬底千斤顶的后方。

如果液压支架的重心相对于抬底千斤顶靠前时，伴随着抬底油缸的升起，支架底座后部就会翘起，前端也无法抬起，极易发生向前栽倒的现象；如果液压支架的重心位于抬底千斤顶的正上方时，整个支架就会被抬起，抬底千斤顶就会成为支架与地面的唯一支点，特别容易发生随机方向倾倒，这时液压支架的状态会很危险；只有液压支架的重心位于抬底千斤顶的正后方时，抬底千斤顶支点和支架底座后端形成三角形，支架底座稳定抬起。

2大采高液压支架移架时存在的问题通过抬底油缸将液压支架底座的前端抬起时，支架的底部出现了1个支撑边和1个支撑点，支撑边位于底座后部的边缘，支撑点则是抬底千斤顶支撑在推移千斤顶的上面，液压支架支撑边和支撑点的合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好同一直线（液压支架重心在内部中心线上），则该液压支架对此采面煤壁适应。

此时大采高液压支架不会发生任意方向的倾倒（根据力学平衡原理）。

而在实际情况下，由于销轴间隙、制造偏差等因素，支架顶梁与底座均会出现偏移，各支承件合力与顶板作用在大采高液压支架上的外载合力不在同一直线，则该液压支架对此采面煤壁不适应。

此时大采高液压支架会发生任意方向的倾倒[1]。

在井下巷道采煤面工作的过程中，大采高液压支架会出现两种不稳定情况：横向问题和纵向问题。