第三節(jié)放頂煤液壓支架放頂煤液壓支架的開展和架型選擇一、放頂煤支架架型的開展和演化放頂煤支架是隨著放頂煤開采方法應運而生的，綜合機械化開采運用到放頂煤開采任務面后，使放頂煤開采技術進入了一個新的開展階段。由于任務面由液壓支架實現(xiàn)可靠、快速的支護，采用采煤機或刨煤機采煤，放頂煤作業(yè)在平安、可靠的任務條件下進展，從而使任務面產(chǎn)量有明顯的提高。近年來，綜采放頂煤技術在我國得到迅速開展和廣泛普及，綜采放頂煤采煤法正成為一種高產(chǎn)高效采煤方法。1957年，前蘇聯(lián)研制出KTY型掩護式放頂煤液壓支架，并在庫茲巴斯煤田的托姆烏辛斯克礦運用，開采該礦的2號和4—5號煤層。煤厚為9～12m，煤層傾角5—18°。該放頂煤任務面為預先開采頂層煤鋪設人工假頂，然后再采底煤，采器具有單保送機的KTY掩護式放頂煤支架回收頂煤()其開采過程如圖11—1所示。1963年法國研制出用于放頂煤開采的支撐掩護式放頂煤液壓支架，如圖11—2所示，并且于1964年在布朗齊礦區(qū)實驗勝利。該支架為四柱式，尾梁呈“香蕉〞形，其擺動角度由千斤頂控制，配有兩臺保送機，第二臺保送機安頓于尾梁后部的底板上。采煤時，支架上面鋪網(wǎng)．冒落頂煤經(jīng)過尾梁后面網(wǎng)上的開口裝入第二臺保送機。支架的主要技術特征見表11—1。自70年代開場，法國、前西德、英國等國家陸續(xù)研制勝利了“開天窗〞的支撐掩護式或帶插板的支撐式放頂煤液壓支架。英國研制的開“天窗〞式放頂煤支架如圖11—3所示。該支架在掩護梁上開了。放頂煤“天窗〞，由液壓千斤頂控制開關，“天窗〞附近裝有攪動桿，以便于冒落頂煤，掩護梁上還有鉆眼孔，供煤硬不落時打眼放炮。第二臺保送機安頓在支架后部底座上。法國針對“香蕉〞尾梁式放頂煤支架存在的問題，先后研制哎功MB17X28S、FB21×30S型放頂煤液壓支架，如圖11—4、圖11—5所示。技術特征見表11—2MB17X28S放頂煤液壓支架為四柱掩護式。掩護梁經(jīng)過液壓千斤頂控制進展伸縮，便于頂煤冒落裝煤：第二臺保送機放置在底板上。FB21×30S型放頂煤液壓支架為四柱支撐掩護式，掩護梁上面沒有落煤窗口，由液壓千斤頂控制其開關，落煤窗口內(nèi)裝有一個液壓控制的攪動桿，有助于破碎大塊煤，并有助于頂煤冒落操作。掩護梁上還有圓孔，用以經(jīng)過此孔將管子伸向采空區(qū)，以便保送氮或泡沫。掩護梁無四連桿機構(gòu)，而直接與支架底座的尾端相鉸連。在頂梁、掩護梁的側(cè)護板及落煤口處裝有假設干噴嘴，以便噴水除塵。第二臺保送機放在支架后部的底座上。MB17X28S和FB21X30S型放頂煤液壓支架分別代表了插板式和開“天窗〞式放頂煤液壓支架的構(gòu)造特點。這兩類支架都配有雙保送機運煤，滾筒采煤機采煤，然后由掩護梁上的窗口或插板放出頂煤。這兩類支架的主要區(qū)別是：插板式放頂煤液壓支架分量較輕，后部空間大，易于排放大塊煤，而且保送機置于煤層底板上，便于維修?！疤齑皑暿椒彭斆阂簤褐Ъ芊至枯^大，支架整體穩(wěn)定性好，放煤保送機置于支架底座之上，便于推移和放頂煤。80年代初期，匈牙利研制勝利單保送機前開“天窗〞式放頂煤掩護式支架，構(gòu)造如圖1l—6所示，機采煤炭與放落頂煤均用此單保送機運輸，在實踐運用中，獲得了良好的效果。1982年，煤炭科學研討總院北京開采研討所與沈陽煤炭研討所共同設汁，鄭州煤礦機械廠制造的FY400—14／28型放頂煤液壓支架是我國初次研制成的放頂煤支架。1984年，在沈陽礦務局蒲河礦投入實驗，開場獲得了較好的效果，后來因支架穩(wěn)定性差，任務面發(fā)火，中止了實驗。雖然沒有獲得預期的效果，但人仃1曾經(jīng)看到了這種新型支架的前景，從此拉開了設計、研制放頂煤液壓支架的序幕，經(jīng)過我國煤炭科技任務者十幾年的辛勤努力，研制勝利數(shù)十種放頂煤液壓支架。兗州礦務局東灘煤礦運用國產(chǎn)放頂煤液壓支架刨造了年產(chǎn)斗10萬t高產(chǎn)高效紀錄，這標志著我國放頂煤液壓支架的設計、制造走在了世界前列。我國放頂煤液壓支架開展從低位放頂煤液壓支架的研制開場，閱歷了高位、中位放頂煤，如今又回到低位放頂煤。最初的放頂煤支架采用的是低位放煤，代表架型是FY400—14／28型放頂煤液壓支架，構(gòu)造如圖11—7所示。1987年平頂山礦務局引進了匈牙利VHP—732型放頂煤支架，該支架在緩傾斜任務面實驗，最高月產(chǎn)達5．5萬t，獲得了勝利。隨即我國研制成高位放頂煤液壓支架，構(gòu)造如圖11—8所示。由于其放煤口高、放煤口小，存在頂煤損失大、放煤與采煤機割煤不能平行作業(yè)、效率低等缺陷，目前除了在個別礦運用外，已根本淘汰。80年代末至90年代初，我國研制出中位放頂煤液壓支架，構(gòu)造如圖11—9所示。這種支架比單保送機高位放頂煤支架有所改良，有兩部保送機，割煤、放煤可以平行作業(yè)，提高了效率，放煤口比高位放頂煤支架有所降低。隨著放頂煤實際的深化，中位放頂煤支架也暴顯露一些突出的缺陷，主要是放煤口依然較小，受構(gòu)造限制，放煤口不能延續(xù)，有脊背損失，采出率低，后部空間狹小，維修和清理浮煤不方便，底座前端比壓大等。針對中位放頂煤液壓支架存在的問題，我國又研制出低位放頂煤液壓支架，構(gòu)造如圖11—10所示。早期的低位放頂煤支架是由鋪網(wǎng)支架演化而來的，其根本構(gòu)造和鋪網(wǎng)支架類似，只是尾梁加上了插板，用于放煤。低位放頂煤液壓支架是目前運用效果較好的架型。北京開采研討所在仔細總結(jié)綜采放頂煤技術成果，分析研討各種放頂煤支架特點和運用閱歷的根底上，研制出新一代反向四連桿低位放頂煤支架，它是一種構(gòu)造更加合理，用途更加廣泛的新架型。二、高位放頂煤液壓支架的特點和順應性高位放頂煤液壓支架是指單保送機、短頂梁、掩護梁開天窗高位放頂煤的掩護式支架，我國已投入運用的這類支架有FYD440—26／32型、ZYF4000—17／32型放頂煤液壓支架，構(gòu)造如圖11—11和圖11—12所示，技術特征見表11—3。1．高位放頂煤液壓支架的特點(1)支架構(gòu)造簡單，采煤機割的煤和放落的頂煤由一部保送機運出，端頭維護空間小，整個任務面設備布置與普通長壁任務面一樣，便于維護管理，減少事故發(fā)生點。(2)支架的長度較短，構(gòu)造緊湊，穩(wěn)定性和封鎖性都較好。(3)掩護梁放煤口尺寸較大，有利于頂煤的放出，但放煤口位置高，煤炭損失大。(4)由于頂梁短，放煤口位置距煤壁較近，因此，對煤層冒放性的要求較高。一方面要求梁端頂煤要完好，不冒頂、不片幫；另一方面，在頂梁后即是放煤口，要求頂煤破碎，能順利放出。(5)在放煤形狀時放煤槽與底座夾角是35°，難以到達40°。實驗闡明，在鋼質(zhì)外表，枯燥的散煤安息角約25〞，假設遇上仰采，當仰采角度為10‘時，就開場出現(xiàn)放煤流動不暢，向左右溢出，大部分落在保送機采空側(cè)，嚴重影響放煤工序的進展和頂煤的運出。(6)支架在放煤時，正常行人通道根本上被切斷，減少了任務面平安出口。(7)由于是高位放煤，煤塵很大，但支架通風斷面小，使得防滅塵任務量大，要求高。(8)采、放同用一部保送機，本架不能前、后平行作業(yè)，影響產(chǎn)量的提高。高位放頂煤液壓支架可分為插底板式單保送機放頂煤液壓支架和不插底板式單保送帆放頂煤液壓支架。插底板式單保送機放頂煤液壓支架底座長，底板比壓分布均勻，前端比壓小，俯采也能順應。但是，添加設備配套的復雜性和事故率，而且，由于支架底座插在保送帆下面，抬高了溜槽，裝煤效果不好，只好添加采煤機跑空刀工序來裝煤，不利于產(chǎn)量的提高，放煤形狀時無行人通道。不插底板式單保送機放頂煤液壓支架前端對底板比壓大，特別是在較大截深時，要求底板鞏固。運用這種支架，采煤機裝煤效果好，提高了有效任務時間；放煤形狀時人行道根本暢通，通風斷面大。2．高位放頂煤液壓支架順應性高位放頂煤液壓支架頂梁短，在軟煤層中運用有能夠因頂煤冒空使頂梁失去有效的支撐，而且作為掩護式支架，前端對底板比壓大，尤其是不插底式放頂煤液壓支架，易發(fā)生扎底，因此，高位放頂煤液壓支架主要用于緩傾斜厚煤層中。在急傾斜煤層條件下，礦山壓力較小，煤的冒放性好，且不易發(fā)生片幫，在程度分段運用高位放頂煤液壓支架是可行的，不適宜在軟煤層中運用。高位放頂煤液壓支架對以下地質(zhì)條件比較順應：(1)煤層硬度系數(shù)f=1．5—2，煤的層節(jié)理比較發(fā)育；(2)煤層厚度不宜太厚，以6—8m為宜，以利于頂煤的破碎。假設煤層節(jié)理裂隙發(fā)育良好，開采厚度可以添加。(3)布置任務面和制定采煤工藝時，防止仰采或減小仰采，使仰采角度不大于10°，保證順利放煤。(4)底板抗壓入強度較大，頂板能隨采隨冒，保證任務面推進速度和較高的采出率。由于高位放頂煤支架對復雜煤層條件的順應性差，以及構(gòu)造上不可抑制的缺陷，該種支架目前已很少運用，屬于已被淘汰的架型。三、中位放頂煤液壓支架的特點和順應性中位放頂煤液壓支架是指雙保送機運煤，在掩護梁上開放煤口，中位放煤的支撐掩護式液壓支架。已投入運用的中位放頂煤液壓支架，單鉸接式的有ZFSG4400／16~8型放頂煤液壓支架，四連桿式的有FYC400／16~8型放頂煤液壓支架，構(gòu)造方式如圖1l—13和圖11—14所示，技術特征見表1l—4。1．中位放頂煤液壓支架的特點中位放頂煤液壓支架曾經(jīng)是我國運用較廣泛的放頂煤液壓支架，其特點如下：(1)支架穩(wěn)定性和密封性好，抗偏載和抗扭才干大，不易損壞。(2)放煤口距煤壁較遠，有助于任務面前方頂煤的維護。支架頂梁長，有利于反復支撐頂板，添加頂煤的破壞程度。(3)由于采、放分別運用兩部保送機，可以實現(xiàn)平行作業(yè)。(4)受放煤口尺寸的限制，架與架之間有三角煤放不下來，即所謂“脊背損失〞，同時放煤口容易發(fā)生大塊煤堵塞景象，放煤效率較低。(5)后保送機放在支架底座上，后部空間有限，大塊煤經(jīng)過困難，并且移架阻力較大。(6)掩護梁不能擺動，二次破煤才干差。中位放頂煤液壓支架又分為四連桿式和單鉸接式，四連桿式支架的最大特點是，支架在調(diào)高范圍內(nèi)，頂端的運動軌跡為雙扭線，其程度方向的變化量很容易控制在100mm以內(nèi)，這使支架在調(diào)高幅度較大的情況下能有效地控制梁端距。同時．在幀斜煤層條件下．四連桿機構(gòu)的抗扭性能要優(yōu)于單鉸接機構(gòu)。單鉸接式支架的頂端運動軌跡是—條圓弧，在支架調(diào)高范圍內(nèi)，頂端的運動軌跡變化比較大，可到達500mm以上，故在普通綜采支架上根本不用，但在放頂煤開采條件下運用，由于其機采采高變化不大，所以，在此高度范圍內(nèi)，梁端距變化不大，從而發(fā)揚了結(jié)溝簡單，封鎖性和穩(wěn)定性好的優(yōu)點，而且與四連桿機構(gòu)相比，后部保送機具有較大的過煤和維修空間。2．中位放頂煤液壓支架的順應性中位放頂煤液壓支架的順應性較強，在各種煤層條件下均有勝利的實例，獲得了良好的技術經(jīng)濟效益，普通的緩傾斜中硬厚煤層都可選用中位放頂煤液壓支架，特別是在礦壓顯現(xiàn)猛烈．有懸頂危險的條件下，中位放頂煤液壓支架順應性較好。在軟底板條件下，由于支架底座前端比壓大，易出現(xiàn)“扎底〞景象，移架困難：目前，中位放頂煤液壓支架已逐漸波低位放頂煤液壓支架取代，原有的中位放頂煤液壓支架除了——部分還在運用外，有的玻改造，有的已報廢四、低位放頂煤液壓支架的特點和順應性低位放頂煤液壓支架是—種雙保送機運煤，在掩護梁后部鉸接—個帶有插扳的尾梁，低位放煤的液壓支架，普通為四柱支撐掩護式，這類支架有一個可以上、下擺動的尾梁(擺動幅變45°左右)，用以松動頂煤，并維持一個落煤空間。尾梁中間有——個液壓控制的插板，用以放煤和破碎大塊煤，具有延續(xù)的放煤口。已投入運用的代表性低位放頂煤液壓支架：肓小插阪式的ZFSB3600/17/28型放頂煤液壓支架，大插板式的ZFSB4000/17/28型放頂煤液壓支架，構(gòu)造如圖1l—1．低位放頂煤液壓支架特點低位放頂煤液壓支架的原始方式是FY400／14／28型放頂煤液壓支架，經(jīng)過在放頂煤實際中不斷探求和改良，如今開展成以ZFSB3600／17／28型放頂煤液壓支架為代表的低位小插板放頂煤架型和以ZFSB4000／17／28型放頂煤液壓支架為代表的反向四連桿式低位大插板放頂煤架型。這兩種架型順應性強，是目前放頂煤的主導架型，具有良好的推行前景，主要特點如下：(1)由于放煤口低并且延續(xù)，放煤效果好，沒有脊背損失，采出率高：(2)和其它放頂煤支架梁型相比，從煤壁到放煤口的間隔最長，經(jīng)過頂梁的反復支撐和在掩護梁上方的垮落，使頂煤破碎較充分，對放煤極為有利。(3)后保送機沿底板布置，浮煤容易排出，移架輕快，同時尾梁插扳可以切斷大塊煤，使放煤口不易堵塞。(4)低位放煤使煤塵減少。(5)支架的抗扭、抗偏載才干強，穩(wěn)定性好。(6)后部放煤空間大，尾梁擺動角度大，有利于頂煤的冒落，放煤效率高。2．低位放頂煤液壓支架的順應性低位放頂煤液壓支架順應性強，在急傾斜煤層和緩幀斜中硬煤層、三軟煤層放頂煤綜采中都獲得了勝利，是目前我國廣泛運用的放頂煤液壓支架架型。尤其是以反向四連稈式低位大插板放頂煤液壓支架為代表的新型高效放頂煤液壓支架成為放頂煤液壓支架架型開展的方向。四、結(jié)論(1)新型反向四連桿式低位大插板放頂煤支架構(gòu)造合理，對圍巖順應性好，放煤空間大，放煤效率高，對底板比壓分布合理，移架順利。(2)低位放煤，配套