導語
煤礦綜采放頂煤是厚煤層煤炭開采技術之一，傳統的放頂煤開采時間長、頂板控製難、生產效率低，不利於高產高效組織生產活動。本期轉化果平台推薦的《綜采放頂煤液壓支架尾梁、插板聯動保護裝置》，該設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製裝置構成聯動係統。采用該創新設計後從根本上實現了放煤作業的本質安全，降低了機電02manbetx.com 率，減少了設備維修費用和更換費用，降低了生產成本，增加了經濟效益。
一、選題背景
1.現狀
在雙運輸機低位放頂煤綜放工作麵中，液壓支架、采煤機和前後部運輸機共同完成頂板支護、割煤、裝煤、放煤、運輸等工作。
尾梁是支架掩護後部和實現放頂煤的部件，呈整體箱形變斷麵結構，上部與掩護梁鉸接，由兩根尾梁千斤頂支撐;插板是等斷麵結構，用兩根千斤頂與尾梁相連，處於尾梁內部，是實現放頂煤的直接部件。
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入後部運輸機;放煤結束後尾梁上擺、插板伸出後堵住放煤口，防止矸石進入後部運輸機溜槽內。當有大塊煤落下時，可利用插板端部的尖齒將塊煤破碎。
圖1 綜放工作麵設備配套及放煤作業示意圖
液壓支架出廠時尾梁和插板的液壓控製管路設計成獨立回路，實際生產中由於人員操作失誤或千斤頂誤動作會造成插板誤伸出進入後部運輸機溜槽內的情況，給安全生產帶來嚴重隱患。
圖2 放頂煤液壓支架出廠時液壓控製圖
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，由於空間狹小，插板可能會插入溜槽內，此時極易發生斷鏈02manbetx.com 或後部運輸機瞬時過載而損壞電動機的02manbetx.com ，02manbetx.com 處理工作不僅危險，而且勞動強度大、耗時長，維修期間工作麵的停產會帶來嚴重的經濟損失。
現行的一種設計是在尾梁和插板內安裝擋塊和機動換向閥實現二者動作互鎖功能，即尾梁機動換向閥與尾梁連接或經連接件連接，插板擋塊與插板連接或經連接件連接。插板機動換向閥與掩護梁連接或經連接件連接，尾梁擋塊與尾梁連接或經連接件連接。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製、插板運動受尾梁的位置控製，避免了插板一端伸入後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-液壓支架綜控製閥;16-尾梁千斤頂;21-插板機動換向閥;24-尾梁擋塊;40-掩護梁。
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製係
該設計增設了閥組、擋塊等觸發機構，結構相對複雜，由於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機構的損壞，正常生產期間一旦損壞不能及時進行焊接修複、更換工作，該設計就喪失了使用功能。
另外上述設計中尾梁和插板不能同時動作，必須一個部件動作完成後才能觸發啟動另一個部件動作，放煤作業耗時長，不利於工作麵高產高效生產的進行。最重要的是一旦觸發機構損壞，將不會引起下一個部件動作：插板回縮到位後，如果觸發機構損壞或失靈，尾梁不能向下擺動，放煤作業將不能進行;尾梁向上擺動到位後如果觸發機構損壞或失靈，插板不能伸出，放煤口不能全部關閉會造成矸石流入溜槽，影響回收頂煤的煤質。
二、研究內容
1.技術路線
正常放煤操作時應先縮回插板，然後尾梁下擺，打開放煤口讓頂煤下落到後部運輸機溜槽中，現設計一種尾梁千斤頂和插板千斤頂的液壓聯動控製管路，實現尾梁下擺聯動插板同時回縮、插板伸出聯動尾梁同時上擺的保護功能，實現放煤作業時的本質安全和誤操作時的自動保護功能。
2.技術方案
在液壓支架尾梁和插板控製管路中簡單增設4個液控單向閥、2個單向閥和若幹液壓膠管即可實現尾梁和插板的聯動功能和自動保護功能，具體改造、優化設計圖如下：
圖6 液壓支架尾梁和插板聯動供液圖
圖6中紅色部分為尾梁、插板液壓控製管路改造時增設的元件和管路，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.技術效果
該尾梁、插板的液壓控製聯動和保護設計實現了尾梁下擺聯動插板回縮、插板伸出聯動尾梁上擺的功能，從根本上杜絕了插板進入輸送機溜槽內的可能性，實現了本質安全，避免了插板誤入後部運輸機溜槽內的情況的發生。
該設計保證了放煤作業過程中插板在尾梁內處於回縮狀態，杜絕了誤操作使插板伸出或插板自降現象。在任何情況下伸出插板都會聯動尾梁上擺，繼而帶動插板脫離溜槽上部空間，實現了作業過程中的自動保護和本質安全。
與其他設計相比，該設計使用的液控單向閥等閥組可安裝在支架頂梁或掩護梁附近，便於安裝、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，提高了生產效率，有利於高產高效生產組織的進行。
三、操作流程
下麵對放煤作業過程中各種操作方式的供液原理圖進行介紹，其中其中紅色部分為高壓進液管路，藍色部分為回液管路。
(1)尾梁下擺放煤時聯動插板千斤頂回縮，供液圖如下圖7所示：
圖7 尾梁下擺操作供液示意圖
操作控製閥1下擺尾梁時，高壓液進入尾梁千斤頂柱塞腔並打開液控單向閥3，活塞腔回液經過液控單向閥3和控製閥1進入主回液管路;同時高壓液經過單向閥7進入插板千斤頂柱塞腔聯動插板回縮，插板千斤頂活塞腔回液一部分經過液控單向閥4進入主回液管路、另一部分經過單向閥8進入尾梁回液管路。
由圖7可知尾梁下擺會聯動插板回縮，當尾梁停在擺動範圍內任一位置時，此時操作控製閥2可繼續回縮插板，但操作控製閥2伸出插板時會聯動尾梁伸出，這樣就避免了插板插入溜槽內。
(2)放煤作業結束後尾梁上擺，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液，尾梁上擺，柱塞腔回液一部分經液控單向閥5和控製閥1進入主回液管路，另一部分經單向閥7進入插板千斤頂柱塞腔，保證了尾梁上擺期間插板始終處於回縮狀態，從而避免了插板進入溜槽內。
在尾梁上擺過程中或擺動到上限位置時，同時操作控製閥2能同時進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)插板伸出時聯動尾梁上擺，供液圖如下圖11所示：
圖11 插板伸出聯動尾梁上擺供液圖
操作控製閥2，高壓液進入插板活塞腔並同時經單向閥8進入尾梁活塞腔，此時插板伸出聯動尾梁上擺，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液控單向閥6和5進入主回液管路。
(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入尾梁千斤頂控製回路，此時不影響尾梁的動作，即可同時操作控製閥1進行尾梁上擺或下擺操作。
四、實施方式
1.方式一
為便於安裝、維修工作的開展，該設計增設的4個液控單向閥可安裝在掩護梁合適部位，其中液控單向閥3和6分別串聯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，形成並聯回路。
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並行回路之間通過膠管和單向閥7進行橋接，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並行回路之間通過膠管和單向閥8進行橋接，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的後方，具體連接方式和安裝位置如圖6所示。
2.方式二
為安全考慮進行冗餘設計，在實施方式1的基礎上增設2個單向節流閥，使尾梁和插板在聯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單向節流閥9，實現插板縮回速度大於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單向節流閥10，實現尾梁上擺速度大於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 單向節流閥安裝示意圖
五、應用效果
該綜放工作麵液壓支架放煤機構本安型液壓控製係統實現了尾梁下擺聯動插板回縮、插板伸出聯動尾梁上擺的功能，從根本上杜絕了插板進入輸送機溜槽內的可能性，實現了本質安全。
該設計保證了放煤作業過程中插板在尾梁內處於回縮狀態，杜絕了誤操作使插板伸出或插板自降現象。在任何情況下伸出插板都會聯動尾梁上擺，繼而帶動插板脫離溜槽上部空間，實現了作業過程中的自動保護和本質安全。
與其他設計相比，該設計使用的液控單向閥等閥組可安裝在支架頂梁或掩護梁附近，便於安裝、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，提高了生產效率，有利於高產高效生產組織的進行。
六、運行成本
該創新設計在原有液壓支架液壓管路中增設了4個液控單向閥、2個單向閥和若幹液壓膠管，每組支架改造費用約7960.86元，按每個工作麵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。
經統計某礦井采用上述創新設計後機電事故率降低了0.01小時/萬噸，按“一井兩麵”、每個工作麵日產量2.6593萬噸、年產量1500萬噸計算，每年可增加產量約5萬噸(約為1日的產量)，按噸煤150元計算，每年可增加直接經濟效益約750萬元。
七、效果評價及推廣前景
該設計使用的液控單向閥等閥組可安裝在支架頂梁或掩護梁附近，便於安裝、維修和更換，工作量小。
采用該創新設計後從根本上實現了放煤作業的本質安全，降低了機電事故率，減少了設備維修費用和更換費用，降低了生產成本，增加了經濟效益。
另外采用該創新設計後可減少放煤操作時間，提高了生產效率，有利於高產高效生產組織的進行。
某礦井先後對現裝備的ZF15000/27/40型液壓支架進行了上述改進後，在F6207A、F6107、F6207B、F6212工作麵的生產中已連續8個月沒有發生支架誤操作引起的斷鏈事故。
