基于大采高液压支架的优化设计

　　前言

　　液压支架是煤矿综采的主要设备之一。其投资约占综采装备总投资额的60%以上[1]。它的作用主要是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。在我国煤炭资源中，厚煤层及特厚煤层储量约占总储量的45.6%，厚煤层及特厚煤层原煤产量占到了全部产量的44.8%。华北、东北、华中和西北十三大煤炭基地的主采煤层多属厚煤层及特厚煤层，因此厚煤层及特厚的开采在我国煤炭生产中占有十分重要的地位[2-3]。其中，大采高液压支架是厚煤层综采的关键设备。有效的采场支护是大采高工作面安全生产的前提条件，大采高液压支架的稳定性、适应性、可靠性是决定大采高成败的关键因素[4-5]。由于大采高液压支架比一般支架受力更为复杂，对设计、制造和使用的技术要求高。它的性能和结构的可靠性以及对工作环境的适应性将影响整个综采工作面的安全生产。因此，设计一套合理的大采高液压支架对厚煤层开采有重要的意义[6-7]。本文针对大采高液压支架的工作特点，结合现场调研所得数据基础上，总结浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律，利用ANSYS有限元分析软件对大采高液压支架进行强度分析，在此基础上，对其顶梁柱帽和底座柱窝处出现开裂、掩护梁腹板处开裂、支架漏矸，危害作业安全、底座前端扎底，推溜移架困难、平衡千斤顶损坏等常见情况在设计上做出了改进措施。优化了载能力，保证了合理足够的安全系数，改善了大采高液压支架的稳定性和可靠性。

　　1 浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及大采高液压支架存在的问题

　　浅埋煤层长壁工作面矿压显现的突出特点是顶板基岩沿全厚切落。来压期间有明显的顶板台阶下沉，来压时间短，动载明显。同时，从采场支护阻力影响因素可知，浅埋煤层工作面顶板压力随采高的增大而减少，随直接顶厚度的增大而增大，随推进速度的加快而减小。在一定程度上，加大采高和加快推进速度是浅埋煤层长壁开采工作面岩层控制的经济而有效的途径。从工作面的观测数据也可以发现，保持较高的初撑力和工作阻力能够维持顶板稳定，控制顶板台阶下沉。

　　大采高液压支架的特殊矿压显现规律，使其在使用过程中常出现的问题有，顶梁柱帽和底座柱窝处出现开裂、掩护梁腹板处开裂、支架漏矸，危害作业安全、底座前端扎底，推溜移架困难、平衡千斤顶损坏。

　　2 大采高液压支架的设计改进措施

　　2.1 支架横向稳定性

　　由于支架高宽比过大，加之零部件间隙过大，当使用在倾角大于12�左右的煤层时，形成支架顶梁组件向支架顶、底面垂直线的倾斜下方严重偏移，受载后使支架零部件损坏、甚至倾倒。这种削弱的稳定性容易造成下列问题：（1）支架倾倒、支撑效果不佳；（2）支架受力恶劣、承载能力下降；（3）顶板管理困难。