ZFS5800/18/32型與ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架在我礦綜放面的應用情況分析
我礦自2003年進行技改以來，我們在綜放試驗面使用鄭州煤機廠的ZFS5800/18/32型放頂煤液壓支架（反四連桿）、在C122綜放工作面使用北京煤機廠的ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架（正四連桿），共使用了兩種不同類型的支架，通過這兩套支架在兩個綜放工作面的使用中礦壓顯現出的特點及液壓支架出現的各類結構損壞情況，我們進行了以下的分析與比較。
一、ZFS5800/18/32型液壓支架在綜放試驗面的使用
（一）、工作面礦壓顯現特點
在綜放試驗面我們共分析了6個支架131天的礦壓數據，共統計226368個數據。
1、老頂初次來壓與周期來壓
老頂初次來壓發生在
2、初撐力
⑴ 工作面設計初撐力為4640KN。
⑵ 初撐力統計結果如表1
表1 初撐力統計表
|
日期 |
10# |
11# |
50# |
51# |
90# |
91# |
|
2.17~2.29 |
2718 |
2178 |
2116 |
3019 |
2870 |
1744 |
|
3.1~3.15 |
2663 |
2364 |
|
3195 |
1723 |
2464 |
|
3.16~3.31 |
2925 |
3495 |
|
3951 |
3239 |
2928 |
|
4.1~4.15 |
2429 |
2452 |
3395 |
2833 |
2661 |
3187 |
|
4.16~4.30 |
2799 |
2247 |
2478 |
2383 |
2628 |
1917 |
|
5.1~5.15 |
2402 |
2134 |
2179 |
2616 |
2876 |
2853 |
|
5.16~5.28 |
3023 |
2500 |
2786 |
3037 |
2443 |
2734 |
|
6.1~6.26 |
3031 |
2416 |
2156 |
2011 |
2315 |
2262 |
|
平均 |
2749 |
2473 |
2518 |
2881 |
2594 |
2511 |
⑶ 平均初撐力2603KN,最大平均初撐力為3951KN，分別為設計初撐力56.5%，81.5%。
⑷ 初撐力分布如表2和圖1。
表2 支架初撐力分布表
|
分布區間 |
10＃ |
11＃ |
50＃ |
51＃ |
90＃ |
91＃ |
平均 |
|
<2000 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
12.5 |
25.0 |
6.3 |
|
2000~2500 |
25.0 |
75.0 |
66.7 |
25.0 |
25.0 |
25.0 |
40.3 |
|
2500~3000 |
50.0 |
12.5 |
16.7 |
25.0 |
50.0 |
37.5 |
31.9 |
|
3000~3500 |
25.0 |
12.5 |
16.7 |
37.5 |
12.5 |
12.5 |
19.4 |
|
3500~4000 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
12.5 |
0.0 |
0.0 |
2.1 |
從統計結果來看，初撐力小于2000KN占整個統計的6.3%，2000~2500KN占整個統計的40.3%，2500~3000KN占整個統計的31.9%，3000~3500KN占整個統計的19.4%，3500~4000KN占整個統計的2.1%，大于4000KN占整個統計的0.0%。支架初撐力分布如圖1所示。
圖1 支架初撐力分布圖
3、工作阻力
⑴ 平均工作阻力為3023KN，占其額定工作阻力(5800KN)的50.5%。
⑵ 工作面支架前柱平均工作阻力為852KN，后柱平均工作阻力為659KN，分別額定工作阻力(1450KN)的58.8%，45.4%，其前后柱工作阻力分布如圖2所示。
圖2 支架前后柱平均受力情況
⑶ 最大工作阻力6810KN，最大工作阻力平均值為5659KN，分別為額定工作阻力的117.4%，97.7%。
⑷ 工作面平均工作阻力分布情況： (0~20MPa)占整個統計的53.8%， (20~28MPa)占整個統計的24.3%， (28~30MPa)占整個統計的4.6%， (30~33MPa)N占整個統計的9.3%， (33~35MPa)占整個統計的7.4%， (35MPa)占整個統計的0.6%，支架工作阻力分布如圖3所示。
圖3 支架工作阻力分布圖
4、末阻力
平均末阻力為3544KN，最大末阻力6312KN，最大末阻力的平均值為5084KN，分別占其額定值工作阻力的61.1%，108.8%，87.7%。
注：出現最大工作阻力6810KN，末阻力6312KN是在工作面支架安全閥調高以后測得。
二、支架部件損壞狀況及分析
1、支架工作阻力5800KN可以滿足支護強度要求
⑴ 支架發生破壞的時間為
⑵ 工作面礦壓顯現總體上并不嚴重，支架經受了工作面老頂初次來壓以及4個周期來壓的考驗，支架未發生破壞。同時，工作面平均工作阻力為3023KN，平均末阻力為3544KN，同時，支架阻力的確定是通過專家組進行論證，設計工作阻力5800KN的工作阻力是可以滿足支護要求。
⑶支架初撐力偏低，導致初撐力偏低的原因有：
① 液壓系統與設計相差較大
A、竄液；
B、安全閥漏液；
C、液控單向鎖鎖不住；
② 供液時間不足。
⑷ 支架工作阻力上不去，其主要原因有：
① 支架初撐力偏低，下面以90＃、91＃支架的數據來說明。
90＃支架：在2004.3.1~2004.3.15期間，平均初撐力為1723KN，其平均工作阻力僅為2408KN。
91＃支架：在2004.2.17~2004.2.29期間，平均初撐力為1744KN，其平均工作阻力僅為1874KN。在2004.4.16~2004.4.30期間，平均初撐力為1917KN，其平均工作阻力僅為1948KN。
② 部份液控單向閥失效，在
③ 安全閥開啟壓力低，下面以我礦將認為存在問題的安全閥在靈州礦機廠進行校驗的結果為例說明。
由于支架初撐力偏低，閥竄液，漏液，在沒有達到其額定壓力時，發生泄液，頂板發生大位移下沉，上位直接頂巖層由懸臂梁結構回轉后成冒落的散體，老頂巖層由平衡鉸接結構轉變為懸臂梁結構，這樣將巨大的礦山壓力轉給液壓支架，使支架所受的外載遠大于設計的額定工作阻力，從而導致支架其他結構件的破壞。
④ 支架4根立柱受力不均衡，有3根或2根立柱受力較多。
2、反四連桿架型的選擇符合煤層地質條件
⑴ 反四連桿是一種成功的架型，在我國大屯、銅川、陽泉、華亭等二十多個礦區使用，經實踐驗證反四連桿是一種適合煤層厚、硬度大、以及韌性高的厚煤層進行綜放開采的支架架型，同時因為反四連桿具有底板比壓小，放煤空間大，受力均勻等優點而獲煤炭科技進步一等獎；
⑵ 設計反四連桿架型滿足要求，經過力學計算校核，支架設計符合強度要求，樣機順利通過國家檢測中心試驗，樣機在井下工業試驗中，沒有出現結構損壞，運轉正常。
3、對支架損壞原因分析如下：
⑴ 底座開裂
① 底座開裂表現為支架底座在連桿支座前沿處上板焊縫開裂，少數底座主筋開裂；
② 原因：
A、 支架底座在連接耳前沿處在連桿力和前后立柱作用力開焊，在焊縫開焊后，又進一步引起個別底座在相同部位處主筋開裂；
B、 制造與設計不符，底座結構改變，蓋板高度降低，減小斷面尺寸，降低了安全系數，蓋板降低
C、 焊縫形式改變也是此處焊縫開裂的一個影響因素，從現場觀測來看，焊縫成一字形開焊是不正常的，焊熔深是否夠，縫質量有待進一步檢驗。
⑵ 立柱壓壞
立柱壓壞表現形式為立柱中缸缸口處被接長段連接卡環壓堆破壞，壓堆破壞是支架在頂板壓力作用下，其安全閥提前開啟，工作阻力低，支架被壓死的情況下發生的。產生支架壓死這一現象的主要原因為：
① 工作面支架的初撐力偏低，平均初撐力為2603KN, 為設計初撐力56.5%，最大平均初撐力為3951KN，為設計初撐力81.5%。初撐力偏低帶來的后果是頂煤和頂板離層，加劇了直接頂和老頂的回轉，作用在支架的外力增加；
② 安全閥提前開啟，支架工作阻力上不去，造成支架壓低，此時來不及調整加長段，支架被壓死。例如
⑶ 支架頂梁開裂
頂梁開裂的主要原因與立柱壓壞相同，在支架壓死的情況下，頂梁與斜梁干涉后壓裂，同時，從現場觀測來看，支架頂梁與斜梁干涉的位置是隨機的，不同的支架干涉地方不一樣，特別是點干涉，從而產生應力集中，加劇了支架頂梁開焊。
⑷ 四連桿銷軸剪斷
在支架被壓死情況下，如銷軸強度不夠，就會被剪斷，如銷軸竄出，雙剪變為單剪，銷軸更易剪斷，同時，從破壞形式看，銷軸是脆斷。
⑸ 伸縮梁梁角開焊。
① 焊縫強度低；
② 操作不當，在前梁帶壓情況下硬推。
⑹ 抬底千斤頂耳座損壞
支架在支撐過程中，推移桿由于前輸送機抬高而上抬，頂在抬底千斤頂上，將耳座頂壞，并經常擠壞電纜。
⑺ 護幫板鉸接座損壞
在未收回伸縮梁的情況下移架，使護幫板鉸接座承受超過設計和焊接強度的力開焊。
⑻ 四連桿銷軸限位塊開焊、銷軸軸頭限位板掰斷、限位擋銷斷
① 軸孔間隙過大，出現孔超差的現象，有可能加劇銷軸竄動，同時，連桿與底座側向間距超差，降低了支架的穩定性，也有可能加劇銷軸竄動；
② 軸向力大，限位塊抗不住銷軸竄動軸向力；
③ 軸向力大，銷軸抗不住銷軸竄動軸向力而掰斷；
④ 軸向力大，限位擋銷抗不柱銷軸竄動軸向力而被剪斷。
⑼ 安全閥漏液和液控單向閥鎖不住。
① 加工質量有問題；
② 液壓系統污染嚴重。
三、針對以上存在的問題，我們采取了以下相應的措施進行了整改：
（1） 伸縮梁梁角開焊，我們在伸縮梁的前端部包焊了一條鋼板，加強了伸縮梁的抗拉強度。
（2） 抬底千斤頂耳座損壞、經常擠傷電纜，我們對員工進行脫產培訓學習，提高采煤機司機、支架工的操作水平并將抬底千斤頂去掉，保證了工作面的工程質量，不因工作面平整度、直線性而影響損壞設備。
（3） 支架底座開焊，我們將支架底座原設計的角形連接（開焊處）進行補焊、加強脛焊接使之改變為弧形連接，增強了支架對底板的適應性，成功的解決了底座的開焊問題。
（4） 支架推移梁掉道、滑道變形，造成支架難以拉出，我們將原有的推移梁滑道燒除，用剛度更高的鋼板重新制作，并將其由原來的
（5） 支架頂梁開焊，我們合理組織生產工序，減少支架被壓死的情況，避免產生應力集中。
二、ZFS6800/18/35型液壓支架在C122綜放工作面中的使用
（一）、工作面礦壓顯現特點
在C122綜放工作面我們共分析了10個支架8個月的礦壓數據，共統計384468個數據。
1、老頂初次來壓與周期來壓
老頂初次來壓發生在
2、初撐力
⑴ 工作面設計初撐力為5440KN。
⑵ 初撐力統計結果如表1
表1 初撐力統計表⑶ 平均初撐力3687.1KN,最大平均初撐力為6319.3KN，分別為設計初撐力5440KN的67.6%，116%。
⑷ 初撐力分布如表2和圖1。
表2 支架初撐力分布表從統計結果來看，初撐力小于3000KN占整個統計的6.3%，3000~3500KN占整個統計的40.3%，3500~4000KN占整個統計的31.9%，4000~4500KN占整個統計的19.4%，4500~5000占整個統計的2.1%，大于5000KN占整個統計的0.0%。支架初撐力分布如圖1所示。
圖1 支架初撐力分布圖
3、工作阻力
⑴ 平均工作阻力為4370.8KN，占其額定工作阻力(6800KN)的64.3%。
⑵ 工作面支架前柱平均工作阻力為1146KN，后柱平均工作阻力為1026KN，分別是額定工作阻力(1700KN)的67.4%，60.3%，其前后柱工作阻力分布如圖2所示。
圖2 支架前后柱平均受力情況
⑶ 最大工作阻力7204KN，最大工作阻力平均值為6659KN，分別為額定工作阻力的105.95%，97.9%。
⑷ 工作面平均工作阻力分布情況： ＜10Mpa占整個統計的23.85%， (10~15MPa)占整個統計的21.05%， (15~20MPa)占整個統計的23.675%， (20~25MPa)N占整個統計的26.235%， (25~30MPa)占整個統計的5.2%，大于 (30MPa)占整個統計的0%，支架工作阻力分布如圖3所示。
圖3 支架工作阻力分布圖
4、末阻力
平均末阻力為5069.9KN，最大末阻力7204KN，最大末阻力的平均值為5069.9KN，分別占其額定值工作阻力的74.6%，105.95%，74.6%。
注：出現最大工作阻力7204KN，末阻力5069.9KN是在工作面支架安全閥調高以后測得。
二、支架部件損壞狀況及分析
這套支架在C122綜放工作面使用至今，只在
基于以上對兩種支架的狀況分析，兩種支架在兩個工作面的礦壓顯現，ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架（正四連桿）的初撐力滿足了工作面的設計要求，使用效果達到了預期的設計。所使用的ZFS5800/18/32型放頂煤液壓支架（反四連桿）在綜放試驗面回采完畢，所有的液壓支架回收至地面，雖然我們對各個損壞的部件進行了修復，改造后投入到了C112綜采工作面使用，但效果仍然不佳，兩者經過比較，我們認為這種正四連桿機構的液壓支架，在底座、前梁、尾梁等部位與ZFS5800/18/32型放頂煤液壓支架（反四連桿）相比，在結構、材質、初撐力上都進行了改造，不僅增加了行人空間，滿足了“撐得住、走得動、封得嚴”等的基本要求外，而且最主要的是支架后部同樣具有較大空間，給后部運輸機的布置和足夠的過煤高度提供了保證，有效的提高了勞動生產率、降低了成本、減輕了工人的體力勞動和保證了安全生產。
后附：
（1）與ZFS5800/18/32型放頂煤液壓支架相配套的設備及技術參數
（2）與ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架相配套的設備及技術參數
（1） 與ZFS5800/18/32型放頂煤液壓支架相配套的設備
采煤機： MG400/920-QWD電牽引采煤機
前部輸送機： SGZ800/800中雙鏈刮板輸送機
后部輸送機： SGZ800/800中雙鏈刮板輸送機
端頭支架： ZTZ13000/21/33中置式液壓支架
過渡支架： ZFG6500/19/32型放頂煤液壓支架
轉載機： SZZ960/400中雙鏈刮板轉載機
破碎機： PLM2500輪式破碎機
皮帶輸送機： SSJ1200/2×355可伸縮帶式輸送機
（2） 與ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架相配套的設備
采煤機： MG400/920-QWD電牽引采煤機
前部輸送機： SGZ800/800中雙鏈刮板輸送機
后部輸送機： SGZ800/800中雙鏈刮板輸送機
端頭支架： ZTZ15000/19/36H中置式液壓支架
過渡支架： ZFG7200/19/36型放頂煤液壓支架
轉載機： SZZ1000/400中雙鏈刮板轉載機
破碎機： PLM3000輪式破碎機
皮帶輸送機： DSJ120/150/2×250可伸縮帶式輸送機
