放頂煤液壓支架的創新與發展

車候衛

摘要：隨著我國放頂煤技術逐漸發展，其液壓支架取得了許多創新成果，液壓支架的研制工作發展很快，由基本依靠進口，發展到自行設計、自行制造，且品種繁多、功能齊全、質量可靠，文章分析了放頂煤液壓支架的創新成果，闡述最新發展趨勢。

關鍵詞：放頂煤；液壓支架；煤礦開采

中圖分類號：TD355 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0092-02

1 放頂煤液壓支架的創新成果

近三十年來，放頂煤技術經過長期發展，基本淘汰了高位放煤與中位放煤。現階段，我國綜放工作主要選擇低位放煤技術，液壓支架采用正四連桿與反四連桿四柱、兩柱掩護式與單擺桿支架，這集中支架類型開采具有獨特作用，取得良好效果。

首先，正四連桿四柱液壓支架。該支架類型在綜放工作面廣泛運用，且獲得極大成功，屬于主導成熟支架類型，該支架的主要優點：穩定性與支護能力強、高產能力與操作能力強、人性通道寬，但前后排立柱存在受力不均大多問題，無法充分發揮支護能力，特別是在放煤時更加突出，有時會出現拔后柱問題，對工作面推進造成嚴重影響。隨著逐漸深入認識、完善該液壓支架的受力結構與使用條件，正四聯四柱正逐漸擴大其使用范圍。

其次，反四聯感四柱液壓支架。作為我國自主研發的液壓支架，改進前后排立柱的受力問題，具有良好的力學特性，擴大其后部放煤空間，增加了定煤采出率、煤效率，隨著采高變化，其人行道也隨之變化，當遇到大阻力時，難以布置結構，該支架主要作為綜放過渡架使用。

第三，單擺桿液壓支架。該支架主要用于中小煤礦，具有投資少、質量小的優點，且易于操作，提升開采機械化程度，缺點在于不能很好控制軟頂煤，支架穩定性不高，強度相對較小，缺乏進一步提升空間，該支架是一種煤礦開采的輕型支架。

第四，掩護式兩柱液壓支架。一般放頂煤液壓支架，頂梁后部連接掩護梁，掩護梁后部連接尾梁，掩護梁通過前后連桿和底座連接，而輕型放頂煤液壓支架，頂梁和掩護梁設計為一個整體結構，后部與尾梁連接，頂梁通過擺桿和底座相連。

作為我國新型液壓支架，主要適用于圍巖開采，屬于單排立柱，可解決受力不均問題，提升支護效率，有利于自動控制電液。現階段，掩護式兩柱液壓支架廣泛應用于我國的十幾個礦井，提升了綜放自動化效率，為綜放高效、高層開采提供科學保障，屬于工作面新架型，具有廣闊的應用前景。

2 放頂煤液壓支架的創新發展

當我國處于“十一五”規劃期間時，屬于煤礦開采技術的高速發展時期，綜放裝備研發獲得巨大成果，因我國地理條件優越，幅員遼闊，煤層開采條件具有多樣性特點，使得綜放技術多樣化發展，“十一五”作為放頂煤液壓支架的高速發展時期，也是中小煤礦的輕型液壓支架、成套裝備的發展階段。

首先，大采高液壓支架。針對14m～20m特厚煤層，通常需一次采全高，因此需要大采高綜放，研發出5.0m的大采高液壓支架、成套設備，使一次性開采厚度可達20m，生產能力達到1000萬t/a。其一，大采高綜放技術。提升了支架工作阻力，通過實踐表明，加大液壓支架采高之后，顯著擴大了圍巖的橫向活動范圍與縱向活動范圍，增加了礦壓，而5.0m大采高解決了工作阻力問題，增加支架前端、后端的失穩，提升了回轉能力，達到了液壓支護要求；其二，控制煤壁片幫。通過提升液壓支架初撐力，使支撐頂板主動性提高，降低頂板對煤壁垂直壓力，確保煤壁完整，可有效抑制片幫。同時，利用帶壓移架，可及時支護頂板，確保頂板與頂梁能夠良好接觸，降低煤壁的前方支撐力，防止發生煤壁片幫，降低煤壁皮幫程度。另外，通過設置護幫板，與煤壁緊密牢靠，提升側向約束力，從而降低煤壁片幫程度。處于異常情況時，可實現對煤壁片幫的控制，若工作面出現冒頂，遭遇到異常帶，可通過降低采高，加固煤壁，降低采煤機截深，提升采煤機的牽引速度，進而降低片幫程度，若條件允許，可選擇俯斜開采；其三，大采高液壓支架具有較強穩定性，針對5.0m大采高液壓支架而言，通過優化四連桿參數，提升支架初撐力，擴大中心距，縮短徑向與軸孔間隙，增加前梁缸徑，采取二級護幫方式，提升大采高液壓支架的穩定性；其四，中通式與雙前后連桿液壓支架，具有大空間、穩定性優點，設計5.0m大采高液壓支架時，設計中通式與雙前后連桿液壓支架，可提升抗扭能力，通過后雙與前雙，防止傳統液壓支架的后單與前雙問題，極大提升了前后連桿剛性，降低連桿變形量，減少了掩護梁與頂梁的偏移量，提升了大采高穩定性。另外，前后連桿具有較大人行通道，維修人員通過人行通道，可直接到達支架后部，實施維修作業。同時，操作人員通過人行通道，對放煤狀況進行動態觀察，提升回采率、放煤精度；其五，選擇抗沖擊立柱。通過大量實踐證明，當大采高液壓支架在運行時，時常受到沖擊負荷作用，為確保高效、安全的工作面，需采用抗沖擊性強的立柱，為提升立柱抵抗能力，可增加外缸外壁直徑、中缸缸壁厚度，設置旁路安全閥，提升安全閥流量，當支架遇到沖擊負荷時，可實現迅速泄液。盡量擴大緩沖液體體積，進而提升立柱的緩沖能力。科學設計立柱機構，降低立柱壓縮剛度，使立柱的振動周期有所延長。合理采用立柱型式，選擇雙伸縮立柱與單伸縮立柱，選擇綜合減重方法。總而言之，由于大采高液壓支架具有質量大、高度大、阻力大等特點，且難以運輸安裝，必須實施總體優化設計，選擇高強度材料，運用可靠工藝技術，降低支架質量。

其次，直線型與分體組合式液壓支架。由于煤炭開采深度不斷增加，大多數礦區殘留許多煤柱、小塊段煤與邊角煤，若布置正規工作面，難以實施回采與綜采。若采用大型綜采設備，難以適應邊角煤，無法發揮應有效率。對于中小煤礦，因其巷道狹窄，選擇大型設備必然受到限制，為達到邊角小塊、中小煤礦的放頂煤生產需求，研制出直線型與分體組合式液壓支架，并廣泛應用于西山、新疆、晉城等礦區。其一，支架特點。對于該支架而言，頂梁與尾梁、底座與護幫板，均屬于分體式，防止因頂板不平引起偏載，頂梁與底座利用鉸接，采用前后拉桿與連接箱成為一體。其二，適應性與穩定性。該支架軌跡作為一條鉛垂直線，其受力始終處于理想狀態，在井下實際工況時，支架較為非常復雜，頂板壓力作用位置、大小，頂板與頂梁接觸也隨機發生變化。同時，支架受到不同方向、作用大小的水平荷載。針對分體式頂梁惡言，單片頂梁具有較大長寬比值，頂板與頂梁呈線接觸方式，底板與底座也呈線接觸方式，因此，分體式支架具有極強適應性。另外，分體式支架在前后立柱間設置伸縮箱，頂梁鉸點同伸縮箱接近合力作用點，使結構承受彎矩、扭矩能力極大提升，同四連桿比較，分體式支架伸縮箱的受力桿件明顯減少，有利于降低支架質量，同時也極大提升了縱向穩定性。

3 結語

液壓支架作為綜采設備的重要組成部分，它能可靠、有效支撐和控制工作面定案，隔離采空區，維護安全作業空間，避免矸石進入回采工作面，推進采運設備，同采煤機配套使用，實現采煤綜合機械化，解決機械采煤的頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進一步改善與提高了采煤、運輸設備效能，降低煤礦工人的勞動強度，最大限度保證了煤礦工人的生命安全。目前，我國放頂煤液壓支架取得了較大創新成果，未來我們將更深層次思考與研究，進一步創新發展，研制出更加科學、可靠的放頂煤液壓支架。

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