某煤矿液压支架的选型分析与常见故障_郭云秋.pdf

某煤矿液压支架的选型分析与常见故障郭云秋（晋能控股集团挖金湾煤业公司，山西大同037001）摘要：挖金湾煤业公司根据煤层的赋存状态开展了液压支架工作阻力的计算，选定 ZFl5000/27.5/42 型支撑掩护式低位放顶煤液压支架。该支架的工作阻力为 15 000 kN，计算所需工作阻力最大值为 10 077.0 kN，计算所需工作阻力为额定阻力的 67.2%，配套选用 BRW630/37.5 型乳化液泵，能满足顶板控制的需要。关键词：巷道超前支护超前液压支架架型结构设备配套中图分类号：TP211文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0249-031工作面概况挖金湾煤业某工作面长度 1 464.8 m，可采走向长度 1 424.8 m，煤层最大厚度为 8.15 m，倾角 2，煤层容重 1.4 t/m3，稳定程度为较稳定，煤层硬度系数 3。工作面控顶距离 5.961 m，顶煤断裂角 80，顶板断裂角 65。随着工作面的推进，原有的液压支架已经不能够满足安全生产需求，需要开展液压支架的选型及配套设施的选型工作。2液压支架选型2.1液压支架工作阻力计算2.1.1根据线形回归经验公式计算支架工作阻力P2=（1 939+2.1h+471f+155/Md）k.（1）式中：P2为支架工作阻力，kN；h 为煤层最大埋藏深度，取 517 m；f 为煤层的普氏硬度系数，取 3；Md为设计顶煤厚度，取 8.05 m；k 为安全系数，取 1.21.35。将相关参数代入式（1）计算得：P2=5 571.2 kN。2.1.2按照支护强度估算支架的工作阻力1）所需支护强度估算：q1=h2k.（2）式中：q1为工作面所需最小支护强度，kN/m2；h 为采煤厚度，取 6.44 m；2为顶板赋存岩石容重，取 25kN/m3；k 为支架位置上覆岩层与采高厚度比，取 6。将相关参数代入式（2）计算得：q1=966 kN/m2。2）岩石容重法估算支架的动载支护强度：q2=kdMKp-1.（3）式中：q2为支架的动载支护强度，kN/m2；kd为动载加载系数，取 1.22.0，依据矿压观测结果系数取 1.4；M为一次采厚，取 6.44 m；Kp为上覆岩石碎胀系数，取1.35；为容重，kN/m3。将相关参数代入式（3）计算得：q2=644 kN/m2。3）根据断裂角确定放顶煤支架支护强度，计算可参照式（1）和式（2）：qz=k（1h1+2H）.（4）H=（L+h1/tan）tan.（5）式中：H 为对支架支护强度影响的最佳岩层厚度，m；1为煤层容重，根据煤体物理特性取 14.6 kN/m3；L 为控顶距离，根据工作面赋存情况取 5.961 m；h1为顶煤厚度，根据煤层产状取 8.05 m；为顶煤断裂角，一般为 70110，取平均值 80；为顶板断裂角，一般为 6070，取 65。将相关参数代入式（4）、式（5）计算得：H=15.83m，qz=389.67 kN/m2。取前文支护强度和动载支护强度最大值 966kN/m2，计算支架工作阻力如下：P=qmax（Lk+Ld）B.（6）式中：P 为支架工作阻力，kN；qmax为支架的支护强度，取 q1、q2、qz最大值为 966 kN/m2；Lk为梁端距，取 0.486m；Ld为支架顶梁的长度，取 5.475m；B 为支架宽度，取1.75m。将相关数据代入式（6）计算得：P=10 077.0 kN。2.1.3取工作阻力最大值为支架所需的工作阻力取工作阻力最大值为 10 077.0 kN，作为支架所需的工作阻力。2.2液压支架的选取通过以上计算上一工作面使用 ZFl5000/27.5/42型支撑掩护式低位放顶煤液压支架，计算所需工作阻力为额定阻力的 67.2%，能满足顶板控制的需要。3液压支架的主要技术参数和组成3.1液压支架的主要技术参数ZFl5000/27.5/42 型支撑掩护式低位放顶煤液压支架的主要的技术参数如下页表 1 所示。3.2液压系统的组成1）液控单向阀，原理如下页图 1 所示。B 口为控制口，A 口接主阀功能口，A1 口接安全阀和千斤顶被锁的一腔。A 口供高压液体时，高压液体推动作用打开单向阀给千斤顶供液。B 口供高压液体时，单向阀收稿日期：2022-06-19作者简介：郭云秋（1992），女，山西大同人，本科，毕业于太原科技大学机械设计制造及其自动化专业，助理工程师，研究方向为矿山机械工程。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.100经验交流机械管理开发第 38 卷参数名称参数值高度（最低/最高）/mm2 750/4 200宽度（最小/最大）/mm1 660/1 860中心距/mm1 750工作阻力/kN15 000底板前端比压/MPa2.64支护强度/MPa1.45表 1液压支架主要技术参数图 1液控单向阀原理图 4单控喷水阀原理A1A1ABB图 2液控双向阀原理A1 ABB1PBPA图 3交替换向阀原理ABCA口B口K1 口被打开，千斤顶经 A1A口回液1-4。2）液控双向阀，原理如图 2 所示。PA、PB 口接主阀功能口，A、B口接千斤顶被锁的腔。PA口供高压液体时，高压液体推开单向阀，经 PAA 口给千斤顶供液，同时打开另一侧单向阀，千斤顶经 BPB 口回液；PB 口供高压液体时，高压液体推开单向阀，经PBB 给千斤顶供液，同时打开另一侧单向阀，千斤顶经 APA口回液。A1、B1 口接安全阀。3）交替换向阀，原理如图 3 所示。该阀可改变液体流向，定向留到千斤顶的一腔，当 A 口供高压液的时候，液体经 A-B 流入千斤顶的一腔，同时锁闭 C口，平时 C口与 B口常通。4）单控喷水阀，原理如图 4 所示。单作用喷水阀采用锥面密封，A 口为 DN10 的进水口，B 口为 DN10的出水口，K1 口为 DN10 的控制口。当 A 口供水，K1口供高压液体时，A 与 B 相通，喷水阀开启；K1 口停止供高压液体时，A与 B截断，喷水阀关闭。3.3乳化液泵站压力的确定根据塔山煤矿开采经验并结合该工作面实际情况，工作面使用集中供液系统，集中供液点设在三盘区进风巷采煤帮侧联巷内，距离工作面切眼的最大供液距离为 2 700 m。使用高压无缝管路将乳化液等沿皮带顺槽巷输送至工作面。1）保证工作面液压支架初撑力需要的泵站压力：Pb1=4P0/ZD2.（7）式中：Pb1为液压支架初撑需要泵站压力，MPa；P0为液压支架初撑力，取 12 778 kN；Z 为液压支架立柱根数，取 4；D 为支架立柱的缸体内径，取 0.36 m。将相关参数代入式（7）计算得：Pb1=31.4 MPa。2）保证推移千斤最大推力需要泵站压力：Pb2=4PN/d12.（8）式中：Pb2为千斤顶的最大推力所需要的泵站压力，MPa；PN为千斤顶最大推力，取 504 kN；d1为千斤顶缸体内径，取 0.2 m。将相关参数代入式（8）计算得：Pb2=16.1 MPa。3）确定泵站压力P泵=KPbmax.（9）式中：P泵为泵站压力，MPa；K 为泵站系统压力损失系数，一般为 1.11.2，取 1.15；Pbmax为 Pb1、Pb2中较大值。将相关参数代入式（9）计算得：Pbmax=36.11 MPa。综上，选择 BRW630/37.5 型乳化液泵，公称流量630 L/min，电机功率 450 kW，电压 3 300 V。4常见典型故障4.1立柱故障4.1.1不能正常升降架或速度慢原因分析：截止阀打开受阻；主控阀漏液或窜液：过滤器堵塞导致供液不畅。排除方式：拆卸截止阀检查其工作状态，手动打开到位；主控阀的密封件是否完好，及时更换密封件；检查过滤器工作状态，出现故障及时更换。4.1.2立柱自降原因分析：安全阀泄露或安全阀设置安全压力过低；液控单向阀自锁故障导致单向供液功能失效。排除方式：检查安全阀的工作状态，及时更换密封组件，并按照设计调整卸载压力至合理区间；液控单向阀故障需及时更换该单向阀5-6。4.2安全阀故障4.2.1达不到额定工作压力即开启原因分析：安全阀的开启压力设置错误；安全阀启闭弹簧疲劳失效；调压螺帽松动。2502023 年第 2 期排除方式：重新调试安全阀的开启压力至合理区间；检查更换启闭控制弹簧；定期检查螺帽的松动状态，出现松动及时排除。4.2.2到关闭压力而不能及时关闭原因分析：调座与阀体等部位存在卡阻；密封面黏连导致关闭滞后。排除方式：检查阀体之间的工作状态，出现卡阻及时清除障碍物；定期清理清晰密封面，出现黏连及时清除油污。4.2.3超过额定工作压力而不开启原因分析：弹簧拉力过大导致开启受阻；阀座、弹簧座造成卡死；脏物杂质堵塞导致开启受阻。排除方式：重新调试弹簧的开启拉力或及时更换弹簧；检查检修阀座和弹簧座，并更换损坏元件；及时清理阀座油污等杂物，预防卡阻导致开启不畅。5结语在充分选型和论证的基础上，选定 ZFl5000/27.5/42型支撑掩护式低位放顶煤液压支架。该支架的工作阻力为 15 000 kN，计算所需工作阻力最大值为 10 077.0kN，计算所需工作阻力为额定阻力的 67.2%，配套选用选择 BRW630/37.5 型乳化液泵，能满足顶板控制的需要。参考文献1刘晓卫，李秉天.小庄煤矿特厚煤层液压支架的选型设计J.科技创新与应用，2019（20）：76-77.2程可俊.煤矿综采工作面液压支架选型设计J.内蒙古煤炭经济，2019（11）：151-152；156.3傅继龙，马英，谢波.柳巷煤矿回风巷道超前液压支架选型及设计J.煤矿开采，2017，22（4）：32-34.4郭继圣.综采工作面巷道超前液压支架选型设计及展望J.煤炭科学技术，2016，44（11）：30-35.5刘阳，甄亚东.澳大利亚库克矿液压支架选型及设计J.内蒙古煤炭经济，2018（24）：137-138.6孙远方.大工作阻力薄煤层综采液压支架选型设计研究J.煤炭技术，2018，37（9）：336-339.（编辑：贾娟）Analysis of the Selection of a Coal Mine Hydraulic Support and Common FailuresGuo Yunqiu（Jinneng Holding Group Wajinwan Coal Company,Datong Shanxi 037001）Abstract:Duijinwan Coal Company carried out the calculation of working resistance of hydraulic bracket according to the state of coalseam attachment,and selected ZFl5000/27.5/42 type support cover type low level coal release hydraulic bracket.The working resistance ofthis bracket is 15 000 kN,and the maximum value of calculated working resistance is 10 077.0 kN,and the calculated working resistanceis 67.2%of the rated resistance,and the supporting choice is BRW630/37.5 emulsion pump,which can meet the needs of roof control.Key words:roadway overrun support;overrun hydraulic support;frame structure;equipment supportingContro