ZFS5800/18/32型與ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架在我礦綜放面的應(yīng)用情況分析
我礦自2003年進(jìn)行技改以來(lái)，我們?cè)诰C放試驗(yàn)面使用鄭州煤機(jī)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(jī)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(lèi)型的支架，通過(guò)這兩套支架在兩個(gè)綜放工作面的使用中礦壓顯現(xiàn)出的特點(diǎn)及液壓支架出現(xiàn)的各類(lèi)結(jié)構(gòu)損壞情況，我們進(jìn)行了以下的分析與比較。
一、ZFS5800/18/32型液壓支架在綜放試驗(yàn)面的使用
（一）、工作面礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)
在綜放試驗(yàn)面我們共分析了6個(gè)支架131天的礦壓數(shù)據(jù)，共統(tǒng)計(jì)226368個(gè)數(shù)據(jù)。
1、老頂初次來(lái)壓與周期來(lái)壓
老頂初次來(lái)壓發(fā)生在
2、初撐力
⑴ 工作面設(shè)計(jì)初撐力為4640KN。
⑵ 初撐力統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1
表1 初撐力統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)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(qū)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(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，初撐力小于2000KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的6.3%，2000~2500KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的40.3%，2500~3000KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的31.9%，3000~3500KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的19.4%，3500~4000KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的2.1%，大于4000KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)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(gè)統(tǒng)計(jì)的53.8%， (20~28MPa)占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的24.3%， (28~30MPa)占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的4.6%， (30~33MPa)N占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的9.3%， (33~35MPa)占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的7.4%， (35MPa)占整個(gè)統(tǒng)計(jì)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(xiàn)最大工作阻力6810KN，末阻力6312KN是在工作面支架安全閥調(diào)高以后測(cè)得。
二、支架部件損壞狀況及分析
1、支架工作阻力5800KN可以滿(mǎn)足支護(hù)強(qiáng)度要求
⑴ 支架發(fā)生破壞的時(shí)間為
⑵ 工作面礦壓顯現(xiàn)總體上并不嚴(yán)重，支架經(jīng)受了工作面老頂初次來(lái)壓以及4個(gè)周期來(lái)壓的考驗(yàn)，支架未發(fā)生破壞。同時(shí)，工作面平均工作阻力為3023KN，平均末阻力為3544KN，同時(shí)，支架阻力的確定是通過(guò)專(zhuān)家組進(jìn)行論證，設(shè)計(jì)工作阻力5800KN的工作阻力是可以滿(mǎn)足支護(hù)要求。
⑶支架初撐力偏低，導(dǎo)致初撐力偏低的原因有：
① 液壓系統(tǒng)與設(shè)計(jì)相差較大
A、竄液；
B、安全閥漏液；
C、液控單向鎖鎖不??；
② 供液時(shí)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(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)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(kāi)啟壓力低，下面以我礦將認(rèn)為存在問(wèn)題的安全閥在靈州礦機(jī)廠進(jìn)行校驗(yàn)的結(jié)果為例說(shuō)明。
由于支架初撐力偏低，閥竄液，漏液，在沒(méi)有達(dá)到其額定壓力時(shí)，發(fā)生泄液，頂板發(fā)生大位移下沉，上位直接頂巖層由懸臂梁結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)后成冒落的散體，老頂巖層由平衡鉸接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閼冶哿航Y(jié)構(gòu)，這樣將巨大的礦山壓力轉(zhuǎn)給液壓支架，使支架所受的外載遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)的額定工作阻力，從而導(dǎo)致支架其他結(jié)構(gòu)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(zhì)條件
⑴ 反四連桿是一種成功的架型，在我國(guó)大屯、銅川、陽(yáng)泉、華亭等二十多個(gè)礦區(qū)使用，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)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(jìn)行綜放開(kāi)采的支架架型，同時(shí)因?yàn)榉此倪B桿具有底板比壓小，放煤空間大，受力均勻等優(yōu)點(diǎn)而獲煤炭科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；
⑵ 設(shè)計(jì)反四連桿架型滿(mǎn)足要求，經(jīng)過(guò)力學(xué)計(jì)算校核，支架設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求，樣機(jī)順利通過(guò)國(guó)家檢測(cè)中心試驗(yàn)，樣機(jī)在井下工業(yè)試驗(yàn)中，沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
3、對(duì)支架損壞原因分析如下：
⑴ 底座開(kāi)裂
① 底座開(kāi)裂表現(xiàn)為支架底座在連桿支座前沿處上板焊縫開(kāi)裂，少數(shù)底座主筋開(kāi)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(kāi)焊，在焊縫開(kāi)焊后，又進(jìn)一步引起個(gè)別底座在相同部位處主筋開(kāi)裂；
B、 制造與設(shè)計(jì)不符，底座結(jié)構(gòu)改變，蓋板高度降低，減小斷面尺寸，降低了安全系數(shù)，蓋板降低
C、 焊縫形式改變也是此處焊縫開(kāi)裂的一個(gè)影響因素，從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)來(lái)看，焊縫成一字形開(kāi)焊是不正常的，焊熔深是否夠，縫質(zhì)量有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。
⑵ 立柱壓壞
立柱壓壞表現(xiàn)形式為立柱中缸缸口處被接長(zhǎng)段連接卡環(huán)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(kāi)啟，工作阻力低，支架被壓死的情況下發(fā)生的。產(chǎn)生支架壓死這一現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋?o:p>
① 工作面支架的初撐力偏低，平均初撐力為2603KN, 為設(shè)計(jì)初撐力56.5%，最大平均初撐力為3951KN，為設(shè)計(jì)初撐力81.5%。初撐力偏低帶來(lái)的后果是頂煤和頂板離層，加劇了直接頂和老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)，作用在支架的外力增加；
② 安全閥提前開(kāi)啟，支架工作阻力上不去，造成支架壓低，此時(shí)來(lái)不及調(diào)整加長(zhǎng)段，支架被壓死。例如
⑶ 支架頂梁開(kāi)裂
頂梁開(kāi)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(shí)，從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)來(lái)看，支架頂梁與斜梁干涉的位置是隨機(jī)的，不同的支架干涉地方不一樣，特別是點(diǎn)干涉，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，加劇了支架頂梁開(kāi)焊。
⑷ 四連桿銷(xiāo)軸剪斷
在支架被壓死情況下，如銷(xiāo)軸強(qiáng)度不夠，就會(huì)被剪斷，如銷(xiāo)軸竄出，雙剪變?yōu)閱渭?，銷(xiāo)軸更易剪斷，同時(shí)，從破壞形式看，銷(xiāo)軸是脆斷。
⑸ 伸縮梁梁角開(kāi)焊。
① 焊縫強(qiáng)度低；
② 操作不當(dāng)，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(guò)程中，推移桿由于前輸送機(jī)抬高而上抬，頂在抬底千斤頂上，將耳座頂壞，并經(jīng)常擠壞電纜。
⑺ 護(hù)幫板鉸接座損壞
在未收回伸縮梁的情況下移架，使護(hù)幫板鉸接座承受超過(guò)設(shè)計(jì)和焊接強(qiáng)度的力開(kāi)焊。
⑻ 四連桿銷(xiāo)軸限位塊開(kāi)焊、銷(xiāo)軸軸頭限位板掰斷、限位擋銷(xiāo)斷
① 軸孔間隙過(guò)大，出現(xiàn)孔超差的現(xiàn)象，有可能加劇銷(xiāo)軸竄動(dòng)，同時(shí)，連桿與底座側(cè)向間距超差，降低了支架的穩(wěn)定性，也有可能加劇銷(xiāo)軸竄動(dòng)；
② 軸向力大，限位塊抗不住銷(xiāo)軸竄動(dòng)軸向力；
③ 軸向力大，銷(xiāo)軸抗不住銷(xiāo)軸竄動(dòng)軸向力而掰斷；
④ 軸向力大，限位擋銷(xiāo)抗不柱銷(xiāo)軸竄動(dòng)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(zhì)量有問(wèn)題；
② 液壓系統(tǒng)污染嚴(yán)重。
三、針對(duì)以上存在的問(wèn)題，我們采取了以下相應(yīng)的措施進(jìn)行了整改：
（1） 伸縮梁梁角開(kāi)焊，我們?cè)谏炜s梁的前端部包焊了一條鋼板，加強(qiáng)了伸縮梁的抗拉強(qiáng)度。
（2） 抬底千斤頂耳座損壞、經(jīng)常擠傷電纜，我們對(duì)員工進(jìn)行脫產(chǎn)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，提高采煤機(jī)司機(jī)、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(zhì)量，不因工作面平整度、直線性而影響損壞設(shè)備。
（3） 支架底座開(kāi)焊，我們將支架底座原設(shè)計(jì)的角形連接（開(kāi)焊處）進(jìn)行補(bǔ)焊、加強(qiáng)脛焊接使之改變?yōu)榛⌒芜B接，增強(qiáng)了支架對(duì)底板的適應(yīng)性，成功的解決了底座的開(kāi)焊問(wèn)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(lái)的
（5） 支架頂梁開(kāi)焊，我們合理組織生產(chǎn)工序，減少支架被壓死的情況，避免產(chǎn)生應(yīng)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(xiàn)特點(diǎn)
在C122綜放工作面我們共分析了10個(gè)支架8個(gè)月的礦壓數(shù)據(jù)，共統(tǒng)計(jì)384468個(gè)數(shù)據(jù)。
1、老頂初次來(lái)壓與周期來(lái)壓
老頂初次來(lái)壓發(fā)生在
2、初撐力
⑴ 工作面設(shè)計(jì)初撐力為5440KN。
⑵ 初撐力統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1
表1 初撐力統(tǒng)計(jì)表⑶ 平均初撐力3687.1KN,最大平均初撐力為6319.3KN，分別為設(shè)計(jì)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(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，初撐力小于3000KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的6.3%，3000~3500KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的40.3%，3500~4000KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的31.9%，4000~4500KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的19.4%，4500~5000占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的2.1%，大于5000KN占整個(gè)統(tǒng)計(jì)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(gè)統(tǒng)計(jì)的23.85%， (10~15MPa)占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的21.05%， (15~20MPa)占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的23.675%， (20~25MPa)N占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的26.235%， (25~30MPa)占整個(gè)統(tǒng)計(jì)的5.2%，大于 (30MPa)占整個(gè)統(tǒng)計(jì)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(xiàn)最大工作阻力7204KN，末阻力5069.9KN是在工作面支架安全閥調(diào)高以后測(cè)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(duì)兩種支架的狀況分析，兩種支架在兩個(gè)工作面的礦壓顯現(xiàn)，ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架（正四連桿）的初撐力滿(mǎn)足了工作面的設(shè)計(jì)要求，使用效果達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)。所使用的ZFS5800/18/32型放頂煤液壓支架（反四連桿）在綜放試驗(yàn)面回采完畢，所有的液壓支架回收至地面，雖然我們對(duì)各個(gè)損壞的部件進(jìn)行了修復(fù)，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(jīng)過(guò)比較，我們認(rèn)為這種正四連桿機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)、材質(zhì)、初撐力上都進(jìn)行了改造，不僅增加了行人空間，滿(mǎn)足了“撐得住、走得動(dòng)、封得嚴(yán)”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(yùn)輸機(jī)的布置和足夠的過(guò)煤高度提供了保證，有效的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低了成本、減輕了工人的體力勞動(dòng)和保證了安全生產(chǎn)。
后附：
（1）與ZFS5800/18/32型放頂煤液壓支架相配套的設(shè)備及技術(shù)參數(shù)
（2）與ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架相配套的設(shè)備及技術(shù)參數(shù)
（1） 與ZFS5800/18/32型放頂煤液壓支架相配套的設(shè)備
采煤機(jī)： MG400/920-QWD電牽引采煤機(jī)
前部輸送機(jī)： SGZ800/800中雙鏈刮板輸送機(jī)
后部輸送機(jī)： SGZ800/800中雙鏈刮板輸送機(jī)
端頭支架： ZTZ13000/21/33中置式液壓支架
過(guò)渡支架： ZFG6500/19/32型放頂煤液壓支架
轉(zhuǎn)載機(jī)： SZZ960/400中雙鏈刮板轉(zhuǎn)載機(jī)
破碎機(jī)： PLM2500輪式破碎機(jī)
皮帶輸送機(jī)： SSJ1200/2×355可伸縮帶式輸送機(jī)
（2） 與ZFS6800/18/35型放頂煤液壓支架相配套的設(shè)備
采煤機(jī)： MG400/920-QWD電牽引采煤機(jī)
前部輸送機(jī)： SGZ800/800中雙鏈刮板輸送機(jī)
后部輸送機(jī)： SGZ800/800中雙鏈刮板輸送機(jī)
端頭支架： ZTZ15000/19/36H中置式液壓支架
過(guò)渡支架： ZFG7200/19/36型放頂煤液壓支架
轉(zhuǎn)載機(jī)： SZZ1000/400中雙鏈刮板轉(zhuǎn)載機(jī)
破碎機(jī)： PLM3000輪式破碎機(jī)
皮帶輸送機(jī)： DSJ120/150/2×250可伸縮帶式輸送機(jī)
