四柱放頂煤液壓支架主要技術問題研究

張禹飛

摘要：文章在支架設計中，通過合理配置前、后柱支撐能力及各種控制閥，優化結構參數和四連桿機構，在使用中采取相應措施，可大大提高支架的支護性能。

關鍵詞：四柱放頂煤液壓支架；液壓傳動；立柱；四連桿機構

中圖分類號：TD355文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0143-02

一、概述

四柱支放頂煤液壓架可分為支撐式支架、掩護式支架、支撐掩護式支架三大類。從使用情況可分為一些特殊用途的支架，如適用于急傾斜厚煤層，一次采全高的放頂煤液壓支架，再有適用于高檔普采煤工作面的滑移式液壓支架，以及適用于水砂充填的水砂充填液壓支架等。但是，四柱放頂煤液壓支架在使用中經常出現前柱受力大，后柱受力小，甚至有拔后柱現象，影響工作面正常推進。經進行用戶訪問及進行多工作面研究認為頂板壓力載荷集中點超前煤壁，支架前方壓力大是造成拔后柱現象的主要原因，同時放煤尾梁機構對支架穩定性也有很大影響。

總之，隨著采煤機械化水平的提高，為適應不同煤層、厚度及不同采煤方式的要求，液壓支架的種類也越來越多，但是總體的結構方式為四柱支撐即四連桿機構。

二、應用

液壓支架是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬結構件組成的一種支承和管理頂板的設備。它能實現支承、切頂、前移和推輸送機等一整套工序，因此也稱自移式支架。我公司為阜新局、礦所生產的四柱放頂煤液壓支架主要架型有ZZ4000/18/38型液壓支架、ZZ5600/20/42型液壓支架及ZF9360/22/35型放頂煤液壓支架等。以上架型廣泛應用于阜礦集團各綜采工作面。實踐表明：液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等優點。液壓支架配合可彎曲輸送機和轉載式采煤機，就組成了回采工作面的綜合機械化設備。因此液壓支架在技術上是先進的，在經濟上是合理的，在安全上是可靠的，是實現回采工作面的綜合機械化和自動化的主要設備。

三、四柱放頂煤液壓支架架型分析及選擇

（一）液壓支架架型分析

按液壓支架在采煤工作面的安裝位置來劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架，端頭液壓支架簡稱端頭支架，它專門安裝在每個采煤工作面的連兩端。中間液壓支架就其結構形式講，可分為支撐式支架、掩護式支架、支撐掩護式支架三大類。從使用情況可分為一些特殊用途的支架，如適用于急傾斜厚煤層，一次采全高的放頂煤液壓支架；再有適用于高檔普采煤工作面的滑移式液壓支架；以及適用于水砂充填的水砂充填液壓支架等。

總之，隨著采煤機械化水平的提高，為適應不同煤層、厚度及不同采煤方式的要求，液壓支架的種類也越來越多，但總體可歸結為上述三大類。

（二）液壓支架架型選擇

根據液壓支架的架型選擇原則，選擇哪種架型，首先考慮該架型的力學特性，是否適應礦井的頂底板條件和它的地質條件，然后考慮價格是否便宜。

由于掩護式支架有間接撐頂式和直接撐頂式，而且前直接撐頂式應用比較多，故選為直接撐頂、非插底式、掩護式液壓支架。這種支架由于立柱直接直撐在底面，因此頂梁和掩護梁的鉸接點可以移到頂梁后端，并解決了間接撐頂掩護式支架的“三角區”問題。立柱直接直撐頂梁，它對頂板的支護性能比間接撐頂掩護式支架大。由于它有平衡千斤頂，這樣它的結構穩定性能好，進而改善了頂梁接頂情況，支架對頂板合力作用性能的位置亦得到改變，更能適應頂板切頂位置的改變。

四、四柱放頂煤液壓支架的組成、用途及特點

四柱放頂煤液壓支架有多種形式，下面以ZF9360/22/35型液壓支架為例進行具體說明。

（一）液壓支架的組成

ZF9360/22/35型液壓支架主要由金屬結構件、液壓系統和抬底座裝置三大部分組成。

主要金屬結構件有：伸縮梁、護幫板、前梁、頂梁、掩護梁、底座、前、后連桿、推桿及側護板等。

液壓控制系統除了立柱、各種千斤頂外，還包括各種液壓控制元件（換向閥組、安全閥、液控單向閥等）和液壓輔助元件（管接頭件、膠管等）。

抬底座裝置包括抬底座缸與連接件等。支架各結構件之間及結構件與液壓元件間均通過銷軸、螺栓等連接，管路連接采用快速接頭、U型卡，拆裝維護方便。

（二）液壓支架的用途

ZF9360/22/35型放頂煤液壓支架是根據我國厚及特厚煤層的地質條件，針對阜新礦區煤層厚度變化大的特點，以及阜新局、礦的具體要求，在吸取同類支架優點的基礎上設計的一種支撐掩護式，四連桿插板式放頂煤液壓支架。它是厚及特厚煤層放頂煤綜合機械化開采的支護設備，它與采煤機和前、后兩部運輸機配合使用，實現了采、放、運綜合機械化，是目前厚煤層開采較為理想的設備之一。

本支架四柱、四連桿支撐掩護式支架，四根立柱支撐頂梁，主要承受頂板的垂直壓力。掩護梁一端與頂梁鉸接，并通過連桿與底座鉸接承受一定的水平力和側向力。

（三）液壓支架的特點

1．工作面三機配套設備能力大，而且伸縮梁千斤頂及推移千斤頂行程大，可配置630mm截深采煤機滾筒，可實現高產高效。

2．四柱支撐，支撐能力大，切頂性能好，初撐力占工作阻力的83%，同時前連桿采用整體連桿，支架抗扭能力大。

3．設置伸縮梁及可向上翻轉超過水平面的護幫板，可適應對不平頂板的及時和超前支護，也起到防止片幫、冒頂作用。

4．支架的頂梁、掩護梁及底座等主要受力部件均采用Q460高強度鋼板，強度比普通16Mn有較大的提高；主要銷軸材質均采用30CrMnTi，強度比普通40Cr有較大的提高，這樣既可以減輕重量，又能提高支架的安全系數。

5．支架的液壓系統采用大流量系統，其中前、后立柱及推移千斤頂采用大流量換向閥，可顯著提高升、降架及移架速度。

6．支架的抬底座千斤頂采用φ125mm缸徑，工作能力大。

五、四柱放頂煤液壓支架立柱結構及特點

（一）立柱的結構形式

立柱有兩種結構形式，即雙伸縮和單伸縮兩種形式，雙伸縮立柱調高范圍大，使用方便，但其結構復雜，加工精度高，成本高，可靠性較差；單伸縮立柱成本低，可靠性高，但調高范圍小。單伸縮機械加長段的立柱能起到雙伸縮立柱的作用，不僅具有較大的調高范圍，而且具有成本低，可靠性高等優點，但使用時不如雙伸縮立柱方便。

（二）立柱的主要特征

ZF9360/22/35型液壓支架立柱為單伸縮立柱，是由缸體、活柱、導向套及各種密封件組成。

立柱初撐力通常是指立柱大腔在泵站壓力下的支撐能力。初撐力的大小，直接影響支架的支護性能，合理地選擇支架的初撐力，可以減緩頂板的下沉，對頂板的管理有利。本支架的立柱缸徑為φ280，初撐力為1939kN。

立柱的工作阻力，是指在外載荷作用下，立柱大缸下腔壓力增壓，當壓力超過控制立柱的安全閥調定壓力時，安全閥泄液，立柱開始卸載，此時立柱所能承受的力即為工作阻力。立柱的工作阻力為2340kN。

六、結論

根據理論計算和分析研究，對存在有拔后柱問題的支架進行優化設計和改進。

采取的措施為：將前立柱的頂梁上柱窩盡量前移，立柱前傾增大支架前端支撐能力；采用高強度鋼板合理減輕伸縮前梁重量；優化連桿長度，使運動瞬心點后移，減小拔后柱的力矩。改進后液壓支架在工作面現場使用中很少出現拔后柱現象。

為了防止拔后柱現象，在井下使用液壓支架時應嚴格遵守操作規程，保持合理采高，保證液壓支架頂梁處于水平狀態，放煤時間應嚴格控制，防止液壓支架頂梁后部頂煤空引起支架低頭現象。

參考文獻

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（責任編輯：葉小堅）