綜采放頂煤液壓支架尾梁、插板聯(lián)動保護(hù)裝置
導(dǎo)語
煤礦綜采放頂煤是厚煤層煤炭開采技術(shù)之一，傳統(tǒng)的放頂煤開采時間長、頂板控制難、生產(chǎn)效率低，不利于高產(chǎn)高效組織生產(chǎn)活動。本期轉(zhuǎn)化果平臺推薦的《綜采放頂煤液壓支架尾梁、插板聯(lián)動保護(hù)裝置》，該設(shè)計使用液控單向閥等閥組，將放頂煤液壓支架尾梁與插板液壓控制裝置構(gòu)成聯(lián)動系統(tǒng)。采用該創(chuàng)新設(shè)計后從根本上實現(xiàn)了放煤作業(yè)的本質(zhì)安全，降低了機電事故率，減少了設(shè)備維修費用和更換費用，降低了生產(chǎn)成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。
一、選題背景
1.現(xiàn)狀
在雙運輸機低位放頂煤綜放工作面中，液壓支架、采煤機和前后部運輸機共同完成頂板支護(hù)、割煤、裝煤、放煤、運輸?shù)裙ぷ鳌?/p>
尾梁是支架掩護(hù)后部和實現(xiàn)放頂煤的部件，呈整體箱形變斷面結(jié)構(gòu)，上部與掩護(hù)梁鉸接，由兩根尾梁千斤頂支撐;插板是等斷面結(jié)構(gòu)，用兩根千斤頂與尾梁相連，處于尾梁內(nèi)部，是實現(xiàn)放頂煤的直接部件。
放煤時尾梁千斤頂和插板千斤頂回縮帶動尾梁下擺和插板回縮，支架上方破碎的頂煤通過放煤空間進(jìn)入后部運輸機;放煤結(jié)束后尾梁上擺、插板伸出后堵住放煤口，防止矸石進(jìn)入后部運輸機溜槽內(nèi)。當(dāng)有大塊煤落下時，可利用插板端部的尖齒將塊煤破碎。
圖1 綜放工作面設(shè)備配套及放煤作業(yè)示意圖
液壓支架出廠時尾梁和插板的液壓控制管路設(shè)計成獨立回路，實際生產(chǎn)中由于人員操作失誤或千斤頂誤動作會造成插板誤伸出進(jìn)入后部運輸機溜槽內(nèi)的情況，給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重隱患。
圖2 放頂煤液壓支架出廠時液壓控制圖
2.存在問題
由圖1可知尾梁在下擺過程中如果插板沒有回縮，由于空間狹小，插板可能會插入溜槽內(nèi)，此時極易發(fā)生斷鏈事故或后部運輸機瞬時過載而損壞電動機的事故，事故處理工作不僅危險，而且勞動強度大、耗時長，維修期間工作面的停產(chǎn)會帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
現(xiàn)行的一種設(shè)計是在尾梁和插板內(nèi)安裝擋塊和機動換向閥實現(xiàn)二者動作互鎖功能，即尾梁機動換向閥與尾梁連接或經(jīng)連接件連接，插板擋塊與插板連接或經(jīng)連接件連接。插板機動換向閥與掩護(hù)梁連接或經(jīng)連接件連接，尾梁擋塊與尾梁連接或經(jīng)連接件連接。實際操作中插板回縮不到位尾梁不能向下擺動，尾梁向上擺動不到位插板不能伸出，即尾梁的運動受插板位置控制、插板運動受尾梁的位置控制，避免了插板一端伸入后部刮板運輸機中部槽中的可能，消除了插板一端和運輸機刮板相互碰撞的隱患，具體安裝示意圖如下圖所示：
1-液壓支架;2-尾梁機動換向閥;4-尾梁;5-插板擋塊;6-插板;9-液壓支架綜控制閥;16-尾梁千斤頂;21-插板機動換向閥;24-尾梁擋塊;40-掩護(hù)梁。
圖3 尾梁插板互鎖式部件安裝示意圖
圖4 尾梁插板互鎖式部件局部放大圖
圖5 尾梁插板互鎖式液壓控制系
該設(shè)計增設(shè)了閥組、擋塊等觸發(fā)機構(gòu)，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，由于液壓支架尾梁處空間位置狹小，給安裝和維修工作帶來困難;而且尾梁、插板動作頻繁容易造成觸發(fā)機構(gòu)的損壞，正常生產(chǎn)期間一旦損壞不能及時進(jìn)行焊接修復(fù)、更換工作，該設(shè)計就喪失了使用功能。
另外上述設(shè)計中尾梁和插板不能同時動作，必須一個部件動作完成后才能觸發(fā)啟動另一個部件動作，放煤作業(yè)耗時長，不利于工作面高產(chǎn)高效生產(chǎn)的進(jìn)行。最重要的是一旦觸發(fā)機構(gòu)損壞，將不會引起下一個部件動作：插板回縮到位后，如果觸發(fā)機構(gòu)損壞或失靈，尾梁不能向下擺動，放煤作業(yè)將不能進(jìn)行;尾梁向上擺動到位后如果觸發(fā)機構(gòu)損壞或失靈，插板不能伸出，放煤口不能全部關(guān)閉會造成矸石流入溜槽，影響回收頂煤的煤質(zhì)。
二、研究內(nèi)容
1.技術(shù)路線
正常放煤操作時應(yīng)先縮回插板，然后尾梁下擺，打開放煤口讓頂煤下落到后部運輸機溜槽中，現(xiàn)設(shè)計一種尾梁千斤頂和插板千斤頂?shù)囊簤郝?lián)動控制管路，實現(xiàn)尾梁下擺聯(lián)動插板同時回縮、插板伸出聯(lián)動尾梁同時上擺的保護(hù)功能，實現(xiàn)放煤作業(yè)時的本質(zhì)安全和誤操作時的自動保護(hù)功能。
2.技術(shù)方案
在液壓支架尾梁和插板控制管路中簡單增設(shè)4個液控單向閥、2個單向閥和若干液壓膠管即可實現(xiàn)尾梁和插板的聯(lián)動功能和自動保護(hù)功能，具體改造、優(yōu)化設(shè)計圖如下：
圖6 液壓支架尾梁和插板聯(lián)動供液圖
圖6中紅色部分為尾梁、插板液壓控制管路改造時增設(shè)的元件和管路，其中元件3、4、5、6為液控單向閥組，元件7、8為單向閥，其它為液壓膠管、直通、三通等元件。
3.技術(shù)效果
該尾梁、插板的液壓控制聯(lián)動和保護(hù)設(shè)計實現(xiàn)了尾梁下擺聯(lián)動插板回縮、插板伸出聯(lián)動尾梁上擺的功能，從根本上杜絕了插板進(jìn)入輸送機溜槽內(nèi)的可能性，實現(xiàn)了本質(zhì)安全，避免了插板誤入后部運輸機溜槽內(nèi)的情況的發(fā)生。
該設(shè)計保證了放煤作業(yè)過程中插板在尾梁內(nèi)處于回縮狀態(tài)，杜絕了誤操作使插板伸出或插板自降現(xiàn)象。在任何情況下伸出插板都會聯(lián)動尾梁上擺，繼而帶動插板脫離溜槽上部空間，實現(xiàn)了作業(yè)過程中的自動保護(hù)和本質(zhì)安全。
與其他設(shè)計相比，該設(shè)計使用的液控單向閥等閥組可安裝在支架頂梁或掩護(hù)梁附近，便于安裝、維修和更換，工作量小;另外兩個部件的同時動作可減少放煤操作時間，提高了生產(chǎn)效率，有利于高產(chǎn)高效生產(chǎn)組織的進(jìn)行。
三、操作流程
下面對放煤作業(yè)過程中各種操作方式的供液原理圖進(jìn)行介紹，其中其中紅色部分為高壓進(jìn)液管路，藍(lán)色部分為回液管路。
(1)尾梁下擺放煤時聯(lián)動插板千斤頂回縮，供液圖如下圖7所示：
圖7 尾梁下擺操作供液示意圖
操作控制閥1下擺尾梁時，高壓液進(jìn)入尾梁千斤頂柱塞腔并打開液控單向閥3，活塞腔回液經(jīng)過液控單向閥3和控制閥1進(jìn)入主回液管路;同時高壓液經(jīng)過單向閥7進(jìn)入插板千斤頂柱塞腔聯(lián)動插板回縮，插板千斤頂活塞腔回液一部分經(jīng)過液控單向閥4進(jìn)入主回液管路、另一部分經(jīng)過單向閥8進(jìn)入尾梁回液管路。
由圖7可知尾梁下擺會聯(lián)動插板回縮，當(dāng)尾梁停在擺動范圍內(nèi)任一位置時，此時操作控制閥2可繼續(xù)回縮插板，但操作控制閥2伸出插板時會聯(lián)動尾梁伸出，這樣就避免了插板插入溜槽內(nèi)。
(2)放煤作業(yè)結(jié)束后尾梁上擺，供液圖如下圖8所示：
圖8 尾梁上擺供液示意圖
由圖8可知，尾梁千斤頂活塞腔進(jìn)液，尾梁上擺，柱塞腔回液一部分經(jīng)液控單向閥5和控制閥1進(jìn)入主回液管路，另一部分經(jīng)單向閥7進(jìn)入插板千斤頂柱塞腔，保證了尾梁上擺期間插板始終處于回縮狀態(tài)，從而避免了插板進(jìn)入溜槽內(nèi)。
在尾梁上擺過程中或擺動到上限位置時，同時操作控制閥2能同時進(jìn)行插板的縮回或伸出操作，兩個部件同時動作供液圖如9和圖10所示：
圖9 尾梁上擺和插板回縮同時供液圖
圖10 尾梁上擺和插板伸出同時供液圖
(3)插板伸出時聯(lián)動尾梁上擺，供液圖如下圖11所示：
圖11 插板伸出聯(lián)動尾梁上擺供液圖
操作控制閥2，高壓液進(jìn)入插板活塞腔并同時經(jīng)單向閥8進(jìn)入尾梁活塞腔，此時插板伸出聯(lián)動尾梁上擺，尾梁帶動插板脫離溜槽上部空間;插板千斤頂和尾梁千斤頂柱塞腔回液分別經(jīng)液控單向閥6和5進(jìn)入主回液管路。
(4)插板回縮，供液圖如下圖12所示：
圖12 插板回縮操作供液圖
由圖12可知，插板回縮時有部分回液進(jìn)入尾梁千斤頂控制回路，此時不影響尾梁的動作，即可同時操作控制閥1進(jìn)行尾梁上擺或下擺操作。
四、實施方式
1.方式一
為便于安裝、維修工作的開展，該設(shè)計增設(shè)的4個液控單向閥可安裝在掩護(hù)梁合適部位，其中液控單向閥3和6分別串聯(lián)在操作閥至尾梁千斤頂活塞腔和插板千斤頂柱塞腔管路中;液控單向閥4和5一端和回液總管連接，另一端分別和操作閥至尾梁千斤頂柱塞腔、插板千斤頂活塞腔的管路連接，形成并聯(lián)回路。
2個單向閥直接安裝在管路中，其中操作閥至尾梁千斤頂柱塞腔和插板千斤頂柱塞腔的兩條并行回路之間通過膠管和單向閥7進(jìn)行橋接，單向閥7的流向是從尾梁回路流向插板回路;操作閥至尾梁千斤頂活塞腔和插板千斤頂活塞腔的兩條并行回路之間通過膠管和單向閥8進(jìn)行橋接，單向閥8的流向是從插板回路流向尾梁回路。單向閥7和8所在的橋接回路皆安裝在液控單向閥3、4、5、6的后方，具體連接方式和安裝位置如圖6所示。
2.方式二
為安全考慮進(jìn)行冗余設(shè)計，在實施方式1的基礎(chǔ)上增設(shè)2個單向節(jié)流閥，使尾梁和插板在聯(lián)動時獲得不同的速度，即操作閥1至尾梁千斤頂柱塞腔管路中增設(shè)單向節(jié)流閥9，實現(xiàn)插板縮回速度大于尾梁下擺速度的目的;同理在操作閥2至插板千斤頂活塞腔的管路中增設(shè)單向節(jié)流閥10，實現(xiàn)尾梁上擺速度大于插板伸出速度的目的，具體安裝位置如下圖13所示：
圖片
圖13 單向節(jié)流閥安裝示意圖
五、應(yīng)用效果
該綜放工作面液壓支架放煤機構(gòu)本安型液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)了尾梁下擺聯(lián)動插板回縮、插板伸出聯(lián)動尾梁上擺的功能，從根本上杜絕了插板進(jìn)入輸送機溜槽內(nèi)的可能性，實現(xiàn)了本質(zhì)安全。
該設(shè)計保證了放煤作業(yè)過程中插板在尾梁內(nèi)處于回縮狀態(tài)，杜絕了誤操作使插板伸出或插板自降現(xiàn)象。在任何情況下伸出插板都會聯(lián)動尾梁上擺，繼而帶動插板脫離溜槽上部空間，實現(xiàn)了作業(yè)過程中的自動保護(hù)和本質(zhì)安全。
與其他設(shè)計相比，該設(shè)計使用的液控單向閥等閥組可安裝在支架頂梁或掩護(hù)梁附近，便于安裝、維修和更換，工作量小;另外兩個部件的同時動作可減少放煤操作時間，提高了生產(chǎn)效率，有利于高產(chǎn)高效生產(chǎn)組織的進(jìn)行。
六、運行成本
該創(chuàng)新設(shè)計在原有液壓支架液壓管路中增設(shè)了4個液控單向閥、2個單向閥和若干液壓膠管，每組支架改造費用約7960.86元，按每個工作面140組支架計算改造費用合計為111.45萬元，三套支架改造費用總計為340萬元左右。
經(jīng)統(tǒng)計某礦井采用上述創(chuàng)新設(shè)計后機電事故率降低了0.01小時/萬噸，按“一井兩面”、每個工作面日產(chǎn)量2.6593萬噸、年產(chǎn)量1500萬噸計算，每年可增加產(chǎn)量約5萬噸(約為1日的產(chǎn)量)，按噸煤150元計算，每年可增加直接經(jīng)濟(jì)效益約750萬元。
七、效果評價及推廣前景
該設(shè)計使用的液控單向閥等閥組可安裝在支架頂梁或掩護(hù)梁附近，便于安裝、維修和更換，工作量小。
采用該創(chuàng)新設(shè)計后從根本上實現(xiàn)了放煤作業(yè)的本質(zhì)安全，降低了機電事故率，減少了設(shè)備維修費用和更換費用，降低了生產(chǎn)成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。
另外采用該創(chuàng)新設(shè)計后可減少放煤操作時間，提高了生產(chǎn)效率，有利于高產(chǎn)高效生產(chǎn)組織的進(jìn)行。
某礦井先后對現(xiàn)裝備的ZF15000/27/40型液壓支架進(jìn)行了上述改進(jìn)后，在F6207A、F6107、F6207B、F6212工作面的生產(chǎn)中已連續(xù)8個月沒有發(fā)生支架誤操作引起的斷鏈?zhǔn)鹿省?/p>
