大倾角大采高采煤工作面端头自移式液压支架的设计

山东科技大学学士学位论文附录：译文大倾角大采高采煤工作面端头自移式液压支架的设计马力强；张东生；张成国；曹新奇中国矿业大学关键词：端头支护；自移式液压支架；大采高；大倾角摘要：ZTZL60000/25/45端头自移式液压支架的研制不仅是为了满足大倾角大采高采煤工作面的需要，而且大大降低了工人的劳动强度。不仅提高了端头支架的强度，提高了支护的安全性和可靠性。先进的支护方式解决了工作面预留的三角煤问题，提高了支护效率，降低了支护成本，而且回采大巷的高度增加了，产生一定的经济效益引言带有金属铰接顶梁的单体液压支柱通常作用于工作面端头以及双巷。根据巷道断面和顶板压力为了保证逃生畅通确定了支护参数。然而，带有金属铰接顶梁的单体液压支柱的端头支护仍有一些突出的问题，比如较低的支护强度，较慢的支护速度，高成本高劳动强度以及安全性较差。支护范围是问题的关键，特别是运输平巷道，由于多种设备在这运转，而且他们必须随着工作面推进移动，导致支撑难度大。因此，工作面和回采巷道的端头支护总是成为一个影响生产的制约因素。引进先进的自移式液压支架是解决上述问题的一个有效途径。由于设备安装复杂的紧密关系最后支撑结构的设计似乎是更困难的。ZTZL60000/25/45端头自移式液压支架是基于现有支护的各种特点和用途分析，取代了带有金属铰接顶梁的单体液压支柱转载时机械化的卸压和移架，具有支护的范围大，稳定性好，适应性强等优点，克服了常用支护方法顶板的支护效果差的同时，也解决了工作面预留三角煤的有关问题。1地质条件山东科技大学学士学位论文附录：译文3号煤层是高庄煤矿3509工作面开采，平均厚度5.5m和19平均倾角（最大42°）。综放全厚采用大采高开采，在开采深度范围从-300到-500米。3509工作面运输大巷的最大高度3.75m最大宽度3.80m。运输大巷的设备种类和管线敷设情况如图a.1所示。图A.13509工作面运输大巷剖面图2支护类型和主要参数2.1支护类型根据最终的支护方式和皮带输送机之间的匹配关系，它分为部分控制支护，中央控制支护和终端控制支护。中央控制支护可依靠一个相对简单的结构性能，它主要应用于下列条件：2.2.1巷道高度因为有关于不同煤层厚度的巷道变化不大，中央控制支护实用性较高，能适应巷道不同的高度。2.1.2巷道宽度移架的位置在巷道和中央控制支护中间而且宽度足够大，巷道两侧留给行人和设备的空间足够大。山东科技大学学士学位论文附录：译文2.1.3巷道断面形式中央控制支护通常放置在梯形巷道，然而，用局部控制支护相同的方法也可用于该拱形巷道。倾斜梯形巷道中，在顶梁与掩护梁之间设计几个多种规格的连接片，产生一定的横向倾斜角之间的中点适应屋顶和地面的夹角，产生一定的横向倾斜角来适应顶底板的倾角。2.2主要参数2.2.1性能匹配端头支架和刮板输送机是如图a.2所示的接头形式，其中纵向空间的长度La应满足以下方程，即LA≥Wh+Sd+200（mm）(a.1)式中：Wh-刮板输送机宽度，mmSd-底排步距，mmLA-刮板输送机机头最大宽度，mm刮板输送机的中心线和端部支撑是垂直分布的，而且机头移动在尾端支护的垂直空间内，当刮板输送机头部往前移动时依靠过渡支护并且在端部支撑的垂直空间应大于所述机头水平距离的最大尺寸和移动步距。与刮板输送机宽度相匹配的优越的支护体系的刮板输送机宽度为2815mm，底排步距是800mm，刮板输送机机头最大宽度3815mm。2.2.2行人道的要求，在端头支护的最小通道宽度应大于500mm，在支架顶梁上方应留设不小于525mm的永久保护煤柱，这样就能为行人通道提供550mm的支护和保护空间，对人行道的支护如图a.3所示。山东科技大学学士学位论文附录：译文图A.2端头支架和机头图A.3行人道的末端支护2.2.3巷道的适应性由于垂直距离的超前支护，支架很容易偏，因此一套调架装置被放置在顶部和底梁，包括齿条千斤顶，如图a.4所示。2.2.4尾端支护和移机匹配作为中央控制或部分控制端支护，刮板输送机被放置在在支柱下，所以顺槽宽度应能适应输送机机的选定类型，并顺槽的宽度被设计为1425毫米。2.2.5合理的支护强度根据实测统计国内几种采煤工作面，平行于工作面前30m的部分的支护强度是采煤工作面平均支护强度的80%，而30m后的工作面则是70%。图A.4调整机架单元图A.5ZTZL60000/25/45示意图3结构特点和参数3.1结构特点(1)ZTZL60000/25/45中央控制支持24列.山东科技大学学士学位论文附录：译文(2)由于整个主体框架长，为了运动的方便顶梁和底座被分成分段结构，顶梁配备了挡板，它可以通过自我移动对裸露的顶板进行支护(3)顶梁和底座分为四个主要部分,每一个都由三个部分组成,可有效适应顶部和底部的变化。(4)在顶梁的两侧的所有非可收回煤板可以放置成垂直位置，以适应变化的巷道宽度。(5)稳定措施①为了减少的四杆连杆销孔的间隙，孔的尺寸被设计成Ф115H11（0.22,0），轴被设计为Ф114.5h10（0，-0.14），以确保该间隙范围从0.5至0.86毫米。②这也可以有效地控制铰接区域的水平间隙降低光束对准，并增加了稳定性。③侧护板是由弹簧控制液压千斤顶，和电液控制系统可同时侧推千斤顶。3.2主要技术参数ZTZL60000/25/45的基本参数如图a.5所示。总宽度2395毫米，并且间隙宽度1395毫米。千斤顶底座和地板之间的距离为1140毫米，并且主要技术参数示于表1。表a.1ZTZL60000/25/45主要技术参数名称参数名称参数构成24列2列一组额定压力0.6-0.78Mpa高2500～4500mm泵压力31.5MPa宽2465～4295mm经营模式本地工作阻力60000kN牵引步距800mm支护强度0.61-0.77MPa重171t4几何和力学参数计算山东科技大学学士学位论文附录：译文在支架上进行应力分析，以及支撑结构和尺寸示于图a.6。分别对前梁顶梁和掩护梁进行分析,如图a.7所示。图A.6结构示意图和尺寸代码0)()()(sin)(sin)(sin)(cos)(cos)(cos114133412231114333222111hbfFaxFhhbPhhbPhhbPallPalPalP(a.2)将前梁和顶梁分离出来，选取矩心为顶梁和掩护梁的交点，如图a.8所示。0)(sin)(sin)(sin)(coscoscos111433132212114313222111fFhFxhhPhhPhhPllPlPlP（a.3）0sinsinsin3322113fFPPPFx（a.4）0coscoscos3322113FPPPFy（a）联立方程(2),(3),(4),(5)fbaAbBaF（a.6）山东科技大学学士学位论文附录：译文图A.7前梁，顶梁，掩护梁受力分析图图A.8前梁，顶梁受力分析图FhhPhhPlhPlPlPlPx/)](sin)(sin)(sincoscoscos[1433232212113332221111（a.7）bfaBfAybfaBfAxFF33,（a.8）其中332211,332211coscoscossinsinsinPPPBPPPA（a.9）把F分成Fa和Fb，其中Fa是顶梁的合外力，Fb是前梁的合外力，如图a.9所示。FaFbF,Fax1−cFbl−x1x1′（a.10)前梁的受力分析，如图a.10所示，下面是方程，0cos0sin,0sincos334334'1433433PFFPFfFxFhPlPbxxbb(a.11)山东科技大学学士学位论文附录：译文图9前梁顶梁力的分解图10前梁受力分析图联立方程（10）（11）43343313433331sincos)())(sincos('hPlPcxFclhPPx(a.12)clhPlPcxFFa34334331sincos)((a.13)clhPlPxlFcxlxxlFb33333331313113sincos)(''(a.14)334,334cossinPFFPfFFbybx(a.15)对掩护梁的受力分析，并对强度校核可以参考验证危险截面在每个结构体的结构强度的方法，以及安全系数应符合MT/T556的设计规范。5现场应用该支架在3509工作面运输巷道和回风巷道中的应用如图a.11所示。先进的支护确保了双向道路的安全性和可靠性。结果显示，机械化作业率达到80％，平均每天的生产能力是百万吨，累计收益173.9亿人民币。山东科技大学学士学位论文附录：译文全面支护状态侧向支护状态掩护板工作状态连接器的工作状态图A.11双向巷道超前支护工作状态6结论(1)ZTZL60000/25/45型自移式液压支架不仅是在几何参数和结构形式分析合理可靠，而且截面设计和强度计算验证了实验室试验和井下应用的一致性。山东科技大学学士学位论文附录：译文(2)ZTZL60000/25/45型自移式液压支架的应用不但提高了端头的支护强度，而且该支架解决了工作面的预留三角煤问题，提高了经济和社会效益。7致谢这项研究是由中国国家自然科学基金（50904063）、中国矿业大学科研基金（2008a003，2009a001）资助。作者感谢枣庄矿业集团有限公司为中国矿业大学在该研究项目和领域的金融支持，尤其感谢实验机械厂。