高效可靠的放顶煤支架设计方案

放顶煤支架用于特厚煤层采用冒落开采时支护顶板和放顶煤，利用与放顶煤支架配套的采煤机和工作面输送机开采底部煤，上部煤在矿山压力的作用下将其压碎而冒落，冒落的煤通过放顶煤支架的溜煤口流到工作面输送机。其外形如图2-54所示。

图2-54　ZF6400/17/32型放顶煤液压支架外形

ZF6400/17/32型放顶煤液压支架是在认真总结国内外放顶煤技术成果，分析研究各种放顶煤支架特点和使用经验的基础上，由天地科技股份有限公司开采所事业部设计、中煤北京煤矿机械有限责任公司制造的新型低位放顶煤支架。

（一）支架的适用条件及主要配套设备

适用条件：

（1）煤层自然厚度为4.49～7.17 m，平均厚度为5.65 m。

（2）煤层倾角小于7°。

（3）顶底板均为砂质泥岩，局部为粉砂岩，顶底板结构松软，吸水易软化，强度较低。

主要配套设备：

采煤机：MG300/700-WP，数量1台。

工作面刮板输送机：前部输送机：SGZ800/750型刮板输送机，数量1台；后部输送机：SGZ800/750型刮板输送机，数量1台。

（二）支架的特点

（1）工作面三机采用大配套，截深为800 mm。为了保证截深和有效的移架步距，支架的推移千斤顶的行程定为900 mm，为高产高效创造了有利条件。

（2）支架的前连杆采用双连杆，大大提高了支架的抗扭能力。

（3）放煤机构高效可靠；后部输送机过煤高度高，增加了大块煤的运输能力，尾梁向上、向下回转角度大，增加了对煤的破碎能力和放煤效果。

（4）尾梁-插板机构采用小尾梁-插板机构，尾梁-插板运动结构选用V形槽形式，运动灵活自如。

（5）底座中部为推移机构，推移千斤顶采用倒装形式，结构可靠、移架力大，可实现快速移架。推移机构为长推杆机构，采用两节铰接形式。

（6）底座中部设计抬底机构，抬底千斤顶伸出，顶上推杆以抬起底座前端。

（7）液压系统采用400 L/200 L大流量换向阀，双回路环形分段供液。

（8）支架立柱、千斤顶密封选用进口材料切削加工的TSM聚氨酯组合密封。

（9）支架前、后均配置喷雾降尘系统。

放顶煤综采法的优点是：巷道掘进量小、工作面搬迁次数少、成本低、效率高。

（三）支架的组成

液压支架主要由金属结构件和液压元件两大部分组成。

金属结构件有护帮板、前梁、顶梁、掩护梁、尾梁、插板、前后连杆、底座、推移杆以及侧护板等。

液压元件主要有立柱、各种千斤顶、液压控制元件（换向阀、单向阀、安全阀等）、液压辅助元件（胶管、弯头、三通等）以及随动喷雾降尘装置等。

（四）主要技术特征

高度（最低/最高）：1 700 mm/3 200 mm。

宽度（最小/最大）：1 410 mm/1 580 mm。

中心距：1 500 mm。

初撑力（P=31.4 MPa）：5 232 kN。

工作阻力（P=36.86 MPa）：6 400 kN。

底板平均比压：1.2～2.2 MPa。

支护强度：0.82～0.88 MPa。

煤层倾角：小于7°。

泵站压力：31.5 MPa。

操纵方式：本架手动操作。

质量：21.2 t。

（五）支架的主要结构件及其作用

1.前梁机构

前梁机构由前梁、伸缩梁和护帮板组成，在顶梁前部铰接，和顶梁一起支护顶板，伸缩梁起到及时支护顶板的作用，护帮板可翻转，可对比较破碎的顶煤或岩石进行及时支护，并对煤壁起到防止片帮作用。

2.顶梁机构

顶梁机构直接与顶板接触，支承顶板，是支架的主要承载部件之一，其主要作用包括：

（1）承接顶板岩石及煤的载荷。

（2）反复支承顶煤，可对比较坚硬的顶煤起破碎作用。

（3）为回采工作面提供足够的安全空间。

放顶煤支架顶梁为分体式结构，顶梁前端设有前梁机构，液压支架顶梁采用钢板拼焊箱形变断面结构。顶梁采用单侧活动侧护板，顶梁顶板一侧上平面低一个板厚，用于安装活动侧护板，控制顶梁活动侧护板的千斤顶和弹簧套筒均设在顶梁体内，并在顶梁上留有足够的安装空间。

3.掩护梁

掩护梁上部与顶梁铰接，下部与前、后连杆相连，经前、后连杆与底座连为一个整体，是支架的主要连接和掩护部件，其主要作用包括：(www.xing528.com)

（1）承受顶板给予的水平分力和侧向力，以增强支架的抗扭性能。

（2）掩护梁与前、后连杆及底座形成四连杆机构，以保证梁端距变化不大。

（3）阻挡后部落煤前窜，维护工作空间。

支架的掩护梁为整体箱形变断面结构，用钢板拼焊而成，掩护梁采用单侧活动侧护板，控制掩护梁活动侧护板的千斤顶和弹簧套筒均设在顶梁体内，并在顶梁上留有足够的安装空间。

4.底座

底座是将顶板压力传递到底板和稳定支架的部件，除了满足一定的刚度和强度外，还要求对底板起伏不平的适应性强，对底板接触比压小，其主要作用包括：

（1）为立柱、液压控制装置、推移装置及其他辅助装置形成安装空间。

（2）为工作人员创造良好的工作环境。

（3）具有一定的排矸、挡矸作用。

（4）保证支架的稳定性。

支架底座为整体式刚性底座，底座前部用厚钢板过桥连接，后部用箱形结构连接。底座中、后部底板敞开，以便于浮煤及碎石排出；底座前端为大圆弧结构，防止移架时啃底。

5.前、后连杆

前、后连杆上下分别与斜梁和底座铰接，共同形成四连杆机构。

支架前、后连杆均为整体单连杆，且为钢板焊接的箱形结构，这种结构不但有很强的抗拉、抗压性能，而且有很强的抗扭性能。

6.尾梁

尾梁上部与掩护梁铰接，由两个尾梁千斤顶支承，支架前移后垮落的顶煤及顶板直接作用到尾梁上。尾梁是支架掩护和实现放顶煤的关键部件。

尾梁采用整体箱形结构，用钢板拼焊而成，前部留有插板千斤顶耳座，两侧后部留有尾梁千斤顶耳座，尾梁内留有装插板的空间。

7.插板

插板由插板千斤顶与尾梁相连，处于尾梁内部，是实现放顶煤的直接部件。插板是由钢板拼焊的等断面结构，插板千斤顶耳座放在插板内部，这样不但便于插板的安装，也增大了插板强度。

8.推移机构

支架的推移机构包括推移杆、连接头、推移千斤顶和销轴等，主要作用是推移输送机和拉架。

支架推移机构采用铰接式长推杆结构，由前、后推杆铰接而成，适应性强，易于拆装。支架的推移杆采用等断面的箱形钢板焊接结构，前、后推杆均有导向条，其作用是为推移千斤顶导向并能阻挡输送机下滑。

9.防护装置

支架性能的好坏和对工作面地质条件的适应性，在很大程度上取决于防护装置的设置和完善程度。本支架设有比较完善的防护装置，性能可靠，其主要包括侧护板和护帮板等机构。

1）侧护板

设置侧护板，提高了支架的掩护和防矸性能，一般情况下，支架顶梁和掩护梁设有侧护板。侧护板通常分为固定侧护板和活动侧护板两种，左、右对称布置，一侧为固定侧护板，另一侧为活动侧护板，固定侧护板可以是永久性的，也可以是暂时性的（也称为双向可调活动侧护板）。暂时性固定侧护板可以在调换工作面方向时改作活动侧护板，而此时另一侧的活动侧护板改为固定侧护板。

活动侧护板一般由弹簧套筒和千斤顶控制。侧护板的主要作用如下：

（1）阻挡矸石，即使在降架过程中，由于弹簧套筒的作用，活动侧护板与邻架固定侧护板始终相接触，能有效防矸。

（2）操作侧推千斤顶，用侧护板调架，对支架防倒有一定作用。

本支架顶梁和掩护梁设有单侧活动侧护板，另一侧为固定侧护板，顶梁活动侧护板由两个弹簧套筒和两个千斤顶控制。弹簧套筒是由导杆、弹簧和弹簧筒等组成的，侧护板是由钢板直角对焊的结构，侧板上的耳子是在运输时固定活动侧护板用的。

2）护帮板

护帮装置铰接在前梁下部的伸缩梁上。护帮板在前端，护帮千斤顶与托板连接。需护帮时可操作护帮千斤顶，使护帮板下部贴紧煤壁。在采煤机到来之前一定要收回护帮装置，使采煤机顺利通过，并防止滚筒割前梁。当前方片帮、梁端距过大时，可先推出护帮板，但在采煤机通过之前必须收回帮护板。当顶板发生冒落或梁端距过大时，护帮板可翻转，并可对煤壁上方顶板进行临时支护。

10.放顶煤机构

本支架为低位放顶煤支架，放顶煤机构位于掩护梁的后端，主要包括尾梁、插板、插板千斤顶及尾梁千斤顶等。放煤时，只要将插板收回并摆动尾梁，垮落的顶煤即可从尾梁后部流进输送机。

11.液压系统、喷雾降尘系统及其控制元件

本支架的液压系统由乳化液泵站、主进液管、主回液管、各种液压元件、立柱及各种用途的千斤顶组成。操纵方式采用本架手动操作，采用快速接头和U形卡及O形密封圈连接，拆装方便，性能可靠。

在主进、回液三通到换向阀之间，装有平面截止阀、过滤器、回油断路阀、截止阀，可根据需要接通或关闭某条液路，可以不停泵维修某胶管及液压元件，过滤器能过滤主进液管来的高压液，防止脏物、杂质进入架内管路系统。

本支架液压系统所使用的乳化液是由乳化油与水配制而成的，乳化油的配比浓度为5%。使用乳化液时应注意以下几点：

（1）定期检查浓度，浓度过高会增加成本；浓度太低可能造成液压元件腐蚀，影响液压元件的密封。

（2）防止污染，定期（两个月左右）清理乳化液箱。

（3）防冻：乳化液的凝固点为-3℃左右，与水一样也具有冻结膨胀性，乳化液受冻后不但体积膨胀，稳定性也会受到影响，因此，乳化液在地面配制和运输时要注意防冻。

12.降尘系统

放顶煤工作面的煤尘要比普通工作面大得多，除了采煤机割煤过程中产生的煤尘以外，在移架和放顶煤过程中都会产生大量的煤尘。目前综采工作面的含尘量均超过保安规程的指标，已成为制约放顶煤采煤法发展的重要障碍，故防尘工作特别重要。放顶煤工作面防尘的重点是减少煤尘量，一般采用以下措施：

（1）煤层预注水，即超前工作面在顺槽里对煤体进行预注水。

（2）喷水灭尘，即支架上带有喷雾洒水装置，当采煤机切割煤或放顶煤时即进行洒水灭尘。

该支架带有完善的前、后喷雾降尘系统，支架前部采用手动控制方式，用来控制采煤机割煤产生的粉尘；后部采用自动控制方式，用来控制放顶煤所产生的粉尘，它由插板千斤顶来控制喷水阀的关闭，当插板千斤顶收回放煤时，由千斤顶小腔的高压液打开喷水阀，开始喷水。

该支架喷水系统有以下特点：

（1）管路简单，操作方便。

（2）两条管路都可单独控制，由截止阀任意关闭。

（3）对双喷头采用随动控制系统，可节约水源，并可有效控制粉尘。