四柱支撑掩护式放顶煤液压支架支护性能分析

第１５卷第５期（总第９６期）　煤　矿　开　采　Ｖｏ１．１５Ｎｏ．５（Ｓｅｒｉｅｓ　Ｎｏ．９６）　２０１０年ＩＯ月　Ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　０ｅｔｏｂｅｒ　２０１０　四柱支撑掩护式放顶煤液压支架支护性能分析　马端志　（煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京１０００１　３）　［摘要］　通过对四柱支撑掩护式放顶煤液压支架．Ｙ－作状态及其力学性能进行分析，并列举实　例研究了四柱支撑掩护式放顶煤液压支架支护性能与其外载作用位置之问的关系，最后运用该理论对　四柱支撑掩护式液压支架出现的“拔后柱”问题进行了分析。　［关键词］　放顶煤；液压支架；支护性能　［中图分类号］ＴＤ３５５．４　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］１００６￣２２５（２０１０）０５－００６６－０３　Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　４一ｐｒｏｐ　Ｓｔａｎｄｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　Ｃｏａｌ－ｃａｖｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒｅｄ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　四柱支撑掩护式放顶煤液压支架是目前国内综　合力大小及作用位置，并根据液压支架在不同高度　放工作面使用的主导架型，分析其在不同外载条件　下合力的理想值分析其支护性能。但是，由于外载　下支护性能的发挥程度，可以为液压支架优化设计　合力大小与作用位置的不确定性等因素，使其与液　提供理论参考，为提高放顶煤液压支架对煤层及顶　压支架理想合力作用点不完全吻合，即液压支架在　板的适应性提供技术保障。　“限定载荷”工作状态保持平衡时液压支架合力作　１支架工作状态分析　用位置一般不是理想合力作用点，其合力值也非理　想合力值。液压支架支护性能的分析应根据外载合　四柱支撑掩护式放顶煤液压支架正常工作状态　力在顶梁不同位置作用时液压支架提供有效支撑原　主要可分为以下３种：　理来分析力学平衡方程。本文将液压支架受力简化　（１）初撑状态　指液压支架升架支撑顶板直　成平面力系（如图１），对四柱支撑掩护式放顶煤　至达到初撑力的过程。在该状态下，液压支架属于　液压支架支撑合力与外载位置之问的力学关系特性　主动支撑，其外载大小与液压支架初撑力相平衡。　进行分析　（２）“给定载荷”工作状态指液压支架所受　的外载不超过液压支架额定工作阻力所产生合力的　阶段。在该状态下，液压支架属于被动支撑，其支　护性能的发挥主要取决于外载的大小及作用位置。　（３）“限定栽荷”工作状态　指液压支架所受　的外载超过液压支架额定工作阻力所产生的合力阶　段。在该状态下，液压支架支护性能已发挥到极　限，已有立柱安全阀处于开启状态，液压支架支护　性能的发挥主要取决于外载的作用位置。　由此可见，提高液压支架“限定载荷”工作　状态下支护性能的发挥能力是提高其适应性的关　键，因此，分析液压支架支护性能主要是分析液压　支架在“限定载荷”工作状态下的支护性能情况。　图１　液压支架受力简化模型　如图１所示，取顶梁和掩护梁为分离体，对　２支架支护性能与外载位置关系的分析　０　取力矩，得平衡方程：　目前对于液压支架支护性能分析与研究的出发　（Ｐ１　ｒ１＋Ｐ２ｒ２）＋（Ｉ厂（月　＋ｂｃｔａｎＥ）一　点，通常都是根据液压支架自身力学性能，分析其　Ｑ（ｘ＋ｂ　）：０　（１）　［收稿日期］２０１０—０３—２３　［作者简介］马端志（１９８０一），男，山东乐陵人，在读硕士，从事采场液压支架与支护技术研究。　６６　马端志：四柱支撑掩护式放顶煤液压支架支护性能分析　２０１０年第５期　取顶梁为分离体，对０取力矩，得平衡方程：　（Ｐ１　ｒ３＋Ｐ　ｒ４）＋Ｑｆｔ－Ｉｏ—Ｑ　＝０　（２）　由方程（１）和（２）求解支架合力值Ｑ和外　载作用位置Ｘ得出：　Ｑ＝　＝　＋ｆｔｌｏ＝　㈩　上述公式中各符号的物理意义见图１。　由方程（４）可知外载作用位置　是关于前后　排立柱支撑力Ｐ　和Ｐ　的比值Ｐ　／Ｐ　的函数，支架　前后排立柱支撑力在０到立柱额定工作阻力之间变　化，且ｒ１＞ｒ３，ｒ２＞ｒ４，Ｐ２／Ｐ１∈（０，＋∞），由函数　黼　，１一，３　图２液压支架简化参数　由液压支架外载合力作用位置　值域函数可　的性质可知，Ｘ值域为（　二　ｒ２一ｒ４　＋ｆＨｏ，　知，其值域范围和顶梁与顶板的摩擦系数有关，为　方便说明问题，摩擦系数大小取０．２。摩擦系数的　方向与支架顶梁与顶板相对运动方向有关，即与液　压支架四连杆机构运动轨迹方向有关，当液压支架　＋ｆｔ／ｏ），可见液压支架外载作用范　围不是在整个顶梁上，而是有一定的范围，也就是　说当外载合力超出该范围值时，很小的作用力都能　够使液压支架失去平衡。因此，对于四柱支撑掩护　让压下降有向煤壁运动趋势时，摩擦系数取正，反　之取负。　式液压支架，增强其对外载变化适应的能力的最有　效途径就是增大ｒ　，减小ｒ３的值，即前排立柱尽可　能靠前布置，后排立柱尽量向后布置。　（１）当摩擦系数．厂＝０．２时，液压支架外载作　用位置　范围为６１３～２２７１ｍｍ。　（２）当摩擦系数　一０．２时，液压支架外载作　用位置　范围为５１６～２１８１ＩＴｌｍ。　由液压支架外载作用范围　值域可知，分析　液压支架外载作用位置与液压支架支护性能的关　３．２　液压支架合力与外载作用位置间的关系　将前排立柱取６０００ｋＮ，后排立柱分别取　６０００ｋＮ，　５０００ｋＮ，４０００ｋＮ，　３０００ｋＮ，　２０００ｋＮ，　系，可以转化为求解在前后排立柱作用力不同比值　情况下液压支架合力大小及作用位置间的关系。　３实例分析　１０００ｋＮ和０等值，或将后排立柱取６０００ｋＮ，前排　立柱分别取５０００ｋＮ，４０００ｋＮ，３０００ｋＮ，２０００ｋＮ，　１０００　ｋＮ和０等值对液压支架进行力学计算，求解　液压支架合力的大小及外载作用位置。　（１）当摩擦系数厂＝０．２时，液压支架合力的　大小及外载作用位置如表１所示。　以ＺＦ１２０００／２６／４０型四柱支撑掩护式放顶煤液　压支架为例，分析该液压支架在３８００ｍｍ高度时外　载位置与支架性能之间的关系，在该工况下各参数　值如图２所示，其中前后排立柱的值域为（０，　６０００ｋＮ）　（２）当摩擦系数，＝一０．２时，液压支架合力的　大小及外载作用位置如表２所示。　３．１　液压支架合力作用范围　表１摩擦系数为０．２时液压支架合力的大小及外载作用位置　３．３　液压支架合力与外载作用位置关系　中横坐标是合力作用位置　，纵坐标是液压支架合　力值Ｑ。由图３可知：　将在摩擦系数为正负０．２两种工况下，液压支　架合力值与外载作用位置问的关系绘制成图３，其　（１）四柱支撑掩护式液压支架保持外载合力　６７　总第９６期　煤　矿　开　采　２０１０年第５期　压支架理想合力作用点，才能使液压支架充分发挥　其支护性能。　４放顶煤液压支架“拔后柱”问题分析　ｄⅡ　出　四柱支撑掩护式放顶煤液压支架，在井下使用　过程中存在最突出的问题是“拔后柱”现象，在　该状态下，由于顶梁后部顶煤放空，顶梁与顶煤接　触面积变小，外载合力位置向煤壁方向移动，使液　压支架理想合力作用点与外载合力作用位置偏离较　图３液压支架合力与合力位置关系　大，最终超出液压支架合力调节范围，造成液压支　架处于非正常工作状态。“拔后柱”状态下后排立　平衡的作用范围有限，且其作用范围主要在前、后　排立柱之间，增大前后排立柱问顶梁的长度比例是　提高该类液压支架对顶板的适应性的关键。　（２）液压支架四连杆运动轨迹方向对液压支　柱失去支撑作用，液压支架支护性能发挥程度达不　到其理想值的５０％，工作状态十分恶劣。可见，综　放工作面液压支架应根据基本顶和顶煤具体特征进　行设计，优化液压支架结构，使其外载合力作用位　置变化范围在液压支架合力调节范围之内，并尽量　接近液压支架理想合力作用位置，充分发挥液压支　架的整体支护性能。　［参考文献］　［１］王彪谋．四柱放顶煤液压支架主要技术问题研究［Ｊ］．煤矿　开采，２００９，１４（５）：５６—５７．　架合力值的大小影响很小，对外载合力作用范围调　节有一定的影响，当运动轨迹向煤壁方向移动时，　液压支架合力作用范围比向采空区移动时约向前平　移２ｆｔ／０距离。　（３）当外载合力作用位置发生变化时，液压　支架调节能力变化比较大，其支护性能的发挥程度　差异很大，在外载合力可以作用范围内液压支架支　护性能差别达５０％。　因此，根据采煤工作面直接顶或顶煤的具体条　件，优化支架结构，使外载合力作用位置趋近于液　（上接１０３页）　表１　图模库一体化组态系统实时海量数据测试结果　［２］王国法．液压支架技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，　１９９９．　［责任编辑：张银亮］　运行，证明了这种开发模式的正确性。该图模库一　体化组态系统价格便宜、自动化程度高，并且针对　煤矿专业设计的高级功能能实现煤矿井下监控设备　的自动检测、监测监控图的自动生成、图形格式自　动转换、通风阻力计算等。　［参考文献］　［１］ＪＧｒａｐｈ　ＷｏｒｋＧｒｏｕｐ．ＪＧｒａｐｈ　Ｍａｎｕａｌ［Ｇ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．　ｊｇｒａｐｈ．ｃｏｍ／ｊｇｒａｐｈ．ｈｔｍ１．　［２］陈道达，曹冬林，李绍蠢．基于ＪＧｒａｐｈ的变电站综合自动化　图形组态系统［Ｊ］．计算机工程，２００９，３５（７）：２５３－２７６．　４结束语　随着煤矿自动化和信息化的综合应用实践，对　图模库一体化组态系统提出了更多需求，本文给出　的煤矿综合自动化图模库一体化组态系统，为高质　量、高效、快速地开发出图模库一体化组态系统提　供了一种新思路，实践使用证明达到了预期设计效　［３］陈章良，孙玉峰．一种改进的基于工业以太网的矿区井下作业　人员定位系统［Ｊ］．煤炭工程，２００９，（７）：１１７－１１８．　［４］宁桂峰．矿井综合自动化信息集成平台设计研究［Ｊ］．煤矿开　采，２００８，１３（６）：１１—１３．　［５］钟福连，钟兆超．ＳＶＧ技术在煤矿安全监控系统中的应用　［Ｊ］．煤炭技术，２００９，２８（１２）：８５－８７．　［６］罗驱波，孙彦景，钱建生．煤矿综合自动化系统的研究与设计　［Ｊ］．矿业安全与环保，２００８，３５（３）：４－７．　【责任编辑：王兴库］　果，其较高的实时海量数据处理能力和其可靠稳定　６Ｒ