放顶煤液压支架技术问题浅谈

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1、放顶煤液压支架技术问题浅谈　　【摘要】本文分析了放顶煤液压支架经常出现拔后柱现象和支护强度的确定方法，并针对拔后柱现象提出相应的防止措施，大大提高其支护性能。【关键词】支架；防止措施液压支架的支护强度和拔后柱是液压支架的最主要技术问题，支护强度主要取决于工作面顶板条件[1]，煤层埋藏深度和采高因素。放顶煤支架支护强度的确定与普通支架支护强度的确定有较大的区别。另外，四柱放顶煤支架在使用中经常出现前柱受力大，后柱受力小，甚至有拔后柱现象，影响工作面正常推进。研究认为顶板压力载荷集中点超前煤壁，支架前方压力大是造成拔后柱现象的主要原因，同时放煤尾梁机构对支架稳定性也有很大影

2、响。1根据断裂角确定放顶煤支架支护强度在顶煤强度比较高和节理，裂隙不发育时、顶煤能有效地将顶板下沉传递给支架，支架除了承担顶煤和顶板的部分重量外（给定载荷），还要承担顶板来压时的动载，即支架允许形成平衡结构的顶板有一定的弯曲变形[2]。6假设：①直接顶在煤壁处断裂，断裂点随层位的升高向采空区方向移动（这种情况对支架的受力最不利）；②断裂点过渡到控顶区以外的岩层垮落时对支架无支架影响（图1所示）。对支架有直接影响的岩层范围可用下式计算，即：（1-1）式中：H___对支架有直接影响的岩层厚度（m）；L___有效控顶距（m）；h1___顶煤厚度（m）；___顶煤断裂角（°）；

3、___顶板断裂角（°）。由上式可以看出，当煤层厚度和控顶距一定时，对支架承载有直接影响的上覆岩厚度，主要取决于岩层的断裂角和顶煤的断裂角，顶板断裂角越大，对支架产生支架影响的岩层范围也就越大。（见表1）由表1可以看出，工作面对支架有直接影响的岩层厚度H为煤层厚度M的1.2～2.3倍，这部分岩层位于垮落带内，其中包括不规则垮落和部分规则垮落带顶板。该范围内的顶板对支架载荷产生直接影响，并对支架施加静载荷qj，即：（1-2）式中：qj___支架的静载支护强度（kN/m2）；___顶煤的容重，取14kN/m3）；___顶板岩石的容重，取（25kN/m3）。6由式1-2计算出来

4、的支护强度是支架承受静载的能力，支架的这部分强度可使支架与围岩相互作用体系具有一定的刚度，防止非来压期间机道上方顶煤发生冒落和来压时支架承受过大的冲击载荷。在一定条件下，放顶煤开采也有顶板来压显现，支架载荷有不同程度的升高，因此，放顶煤液压支架支护强度除要考虑静载荷外，还要考虑顶板来压时的动载荷作用。考虑动载作用时支架的支护强度可由下式估算为：（1-3）式中___支架的动载支护强度（MPa）；K___动载备用系数，一般取1.1～1.4动载备用系统与顶板结构，顶煤强度与厚度有关，一般规律是顶煤强度越高，顶煤越薄，顶板运动时对支架产生的动载越大；反之，顶板的强度越低，顶煤越

5、厚，顶板运动时对支架产生的动载越小。用式1-2和1-3对几个实测工作面的支护强度进行了估算，其结果见表1-2。从表中可以看出，支架支护强度的估算值大于实测值。（在计算时，L=5m，=85°，=65°；四矿北8321工作面煤层厚度M=5.75m；沈阳蒲河矿放顶煤工作面厚度M=12m。）2支架拔后柱现象原因分析（1）支架顶梁前部一般设有回转前梁、伸缩梁、内支撑梁和双前梁千斤顶等，前部重量超重，是支架空载情况下拔后柱的主要原因。（2）放顶煤工作面顶板压力超前煤6壁，对于松软或破碎顶煤顶板压力集中在支架前方，由于支架前方无立柱支撑区域大，因此前柱受力大，当前柱安全阀开启卸压降柱

6、，支架出现顶梁低头现象。（3）放煤尾梁向下的重量和所受外载，对后立柱产生受拉的作用力。如果四连杆机构运动瞬心点位置与支架的水平距离较小，支架尾梁自身的重量和外载使支架围绕瞬心点产生翻转力矩，从而造成拔后柱的现象。（4）支架在工作面使用时，顶梁、掩护梁和尾梁均为最主要承载部件，对于松软顶煤，如果放煤时间过长造成顶梁后半部顶煤放空，支架顶梁前部载荷过大，也会造成拔后柱现象的发生。3防止支架拔后柱现象采取的措施（1）为了防止发生拔后柱现象，支架顶梁一般设计为铰接前梁形式，前梁前端具有让压功能，从而减小拔后柱力矩。（2）优化四连杆机构。支架顶梁下降时双纽线应有向前运动趋势，顶梁

7、对顶煤有指向煤壁的分力，防止支架前方顶煤纵向裂隙增大而快速下沉和冒顶；同时增大支架四连杆运动瞬心点O与支架的水平距离，减小尾梁载荷产生的拔后柱力矩。6（3）合理布置顶梁柱窝位置。前立柱柱窝位置应尽量前移，立柱向前倾斜布置，增大支架顶梁受外载力平衡区域。根据计算知，将支架顶梁立柱上柱窝前移，可有效防止拔后柱[4]。（4）设计增加平衡千斤顶，限制拔后柱，避免拔后柱带来的支架受损。（5）对于软煤和易冒煤层开采，为提高液压支架前端封闭性防止漏矸，常采用整体顶梁长侧护板结构，因此必须采取特殊措施：增大前立柱缸径，增大支架前端支撑能力；后立柱设计为双