薄煤層綜采液壓支架關鍵技術及其發展方向

常可紅

（山西蘭花百盛煤業有限公司，山西高平 048400）

0 前言

我國具有豐富的煤炭資源，在這些煤炭資源中有很多都為薄煤層資源，據有關部門統計，當前國內有1/5的煤炭資源屬于薄煤層資源，這些薄煤層資源廣泛分布于全國各地。當前在已探明的礦區中，有薄煤層分布的礦區占到了84%左右，而因受煤層地質條件的限制，薄煤層實現綜合機械化開采相對較難，雖然當前也有部分礦井開始用滾筒采煤機以及刨煤機來開采薄煤層，但實際應用水平還相對較低。工作面液壓支架作為支護頂板及保障采煤設備安全、順利推進的重要設備，它在薄煤層機械化采煤作業中占有重要地位，通過研究薄煤層液壓支架關鍵技術及其未來發展方向，有助于更好的保障薄煤層機械化開采的安全性，高效性。

1 薄煤層液壓支架現存問題

長壁采煤法是我國很多薄煤層實施機械化開采主要用到的采煤方式，其機械化采煤主要用到的設備有：滾筒式采煤機、刨煤機、刮板輸送機及液壓支架等。薄煤層因煤層厚度小，通常煤層厚度均小于1.3 m，加之受地質條件等因素的影響，采煤高度通常不高，液壓支架在實際應用中也存在很多問題，其主要包括下列幾個方面[1]。

開采薄煤層時，因煤層較薄采高低，通常沒有足夠的空間，供工人作業。生產效率低，我們日常生產中遇到的薄煤層煤層厚度大多小于1.3 m，部分煤層其厚度甚至小于0.9 m，過小的空間會增加液壓支架結構的設計難度，很難順利布設液壓系統，也會使液壓系統的操作及日常維護十分不便，會影響液壓支架的有效適應性。

（2）液壓支架實際質量過重，不便于井下安裝。隨薄煤層開采年限的增加，薄煤層開采深度不斷加深，需面臨的開采地質條件也越來越復雜，所用的液壓支架需面對更大的工作阻力，而隨工作阻力的不斷增大，液壓支架重量也在逐年加重，這樣會給液壓支架的井下運輸工作增加難度，尤其是對于部分正在實施技術改造的老礦井而言，因受落后運輸條件的限制，很難安全順利的運輸支架，因此，開采薄煤層所用的液壓支架質量不易過重[2]。

（3）液壓支架不夠智能化，施工人員工作環境惡劣。近年來，隨著我國薄煤層開采技術的發展，薄煤層開采的智能化水平越來越高，但液壓支架自動化，智能化應用水平還相對較低，仍主要以手動操作為主，這樣不僅會降低操作效率，而且會增加設備日常維護難度。

為更好適應薄煤層機械化安全、高效開采，其所用的液壓支架也應逐步改進優化，應讓薄煤礦開采所用液壓支架朝著輕量化、高安全性、高可靠性、高智能化的方向發展。

2 薄煤層開采液壓支架關鍵技術

（1）液壓支架適應性要求

在具體選擇薄煤層液壓支架時，應綜合考慮配套設備因素、地質條件因素以及運輸條件等因素以選出更適合薄煤層開采作業的液壓支架。國內通常所用的薄煤層液壓支架大多為兩柱掩護式，而俄羅斯、烏克蘭等一些國家他們在開采薄煤層時，所選的液壓支架大多為四柱支撐掩護式。在實際生產中，具體應選用何種架型應充分考慮到工作面實際地質條件。

薄煤層煤層煤層厚度較小，施工人員作業空間相對較狹小，要想確保工作面正常作業，必須科學、合理的布設綜采設備，布設的綜采設備應不影響液壓支架操作。在國外人們在開采薄煤層時，所要求的行人空間通常大于國內薄煤層開采要求的空間，且會要求操作主閥組也嚴禁占用有限的行人空間，這樣薄煤層開采所用液壓支架通常需配備較長的頂梁，同時可把頂梁箱體蓋板設計為下沉狀，以便于更好的安放主閥及相關管路。此外，為使支架能更順利的下井，避免因尺寸過大造成阻礙，通常可讓支架頂梁與前梁進行前鉸接，在進行下井作業時，可通過合理拆卸前梁，來確保大部分支架可實現整體下井[3]。

所選的薄煤層綜采機組一方面應能盡量適應一些較低的采煤高度，另一方面采煤機應有足夠大的過機間隙。當確定好采煤機的機身高度后，應選用頂梁前端相對較薄的支架。對于支架的頂粱厚度大小，其主要受支架的工作阻力大小、頂梁長度情況、所用鋼板材質情況等因素影響。通常開采薄煤層時，其工作阻力相對較小，這時可把支架頂梁前端布設為板式頂梁結構。

用于薄煤層開采的液壓支架通常立柱較傾斜，實際支護強度相對較低，而支架底座相對較大，這樣可使支架產生的底板比壓大幅降低。通常所用的薄煤層液壓支架大多為封底板式結構，配置有效的抬底裝置較難，但若遇到工作面底板不好的情況時，支架前端變易出現下陷現象，會影響推進速度。對此，隨著薄煤層所用液壓支架技術的發展，很多地方在設計薄煤層液壓支架時，會盡量給其配置一抬底裝置，國外也是如此。如基于薄煤層開采液壓支架結構空間相對較小，烏克蘭為薄煤層液壓支架加設了橫向抬底裝置，這樣不僅對液壓支架空間尺寸的縮小十分有利，而且當把支架降至最低進行運輸作業時，也不會造成過大影響[4]。

（2）液壓支架的輕量化

所用的薄煤層液壓支架其實際工作阻力通常在2 000 kN～5 000 kN之間，而對于一些淺埋深煤層而言，要求選用的液壓支架應能應對更大的工作阻力，該工作阻力有時可高達7 000 kN左右，在薄煤層開采機械化水平不斷增大的影響下，要求液壓支架應能應對更大的工作阻力，開采薄煤層所配備的液壓支架質量也在不斷加重，由起初的7、8 t左右已逐步增至15 t左右，這樣在部分老礦井中便很難順利運輸，同時井下搬運也十分不便。對此，在選用液壓支架時，應在確保所用液壓支架可充分滿足其工作阻力需求的情況下，最大限度的降低液壓支架自身質量，以便于液壓支架的實際搬運。

在實際生產中，可通過降低液壓支架立柱質量來使液壓支架整體重量減輕。如可用一些現代化的新型高強度材料30CrMnSi來替換傳統材料27SiMn來制作液壓支架；可用管采來充當液壓支架活柱，采用焊接式的柱頭，這樣和之前的實心圓鋼相比會大幅減輕液壓支架質量。

經相關部門研究，人們發現在液壓支架的總重量中，結構件的質量幾乎要占到70%左右，而因受剛板價格因素及實際焊接技術的影響，通常選用Q550或Q690型號的鋼板來制作結構件，而幾乎不應用超高強度鋼板。若大量使用Q960以及S1000型的新型超高強度鋼板來制作液壓支架主體結構件，如主肋部分、貼板部位以及蓋板部分等，可使液壓支架的實際重量大幅降低。而在此過程中，當液壓支架的主體結構件大幅便薄后，雖支架實際重量會顯著減輕，但也應充分考慮到具體結構件的強度及剛度平衡情況，對此，在實際研發時，可通過借助虛擬數字化樣機技術以及現代化的實驗檢測技術，通過進行深入的樣機試驗，進而來確保所制造的支架更安全，更可靠。

（3）智能化技術

因薄煤層受其自身生產條件的限制，如煤層低，施工空間小，地質條件較復雜等因素的影響，進行機械化生產相對較難，為進一部提高薄煤層的安全、高效開采水平，讓整個工作面逐步實現智能化采煤也越來越重要。對此，人們也開始著手研發智能化液壓支架，該類液壓支架的發展主要呈現出以下特點[5]。

①電液控制系統開始逐步走向國產化道路，可靠性也越來越高。很多支架電液控制器防護等級開始大幅提升，開始以中文人機界面為主，更易操作與維護，同時電液控制系統所具有的功能也在不斷增多且越來越完善，不僅可讓支架全部控制動作順利完成，而且還可進行單架與成組推溜移架作業。在實際生產中借助電液控制器，可對液壓支架立柱進行自動補壓操作，當壓力出現明顯下降，降至比設定值還低時，液壓系統會自動升壓并及時進行升柱作業，并可執行多次，以確保實際支護質量達標。

②液壓支架遙控操作技術，可對支架進行單架遙控操作或多架遙控操作，且所裝備的遙控發射器，可對所用支架架號進行實時監測，并能對支架的立柱壓力大小及推移行程情況進行實時監測，且能把監測到的數據及時反饋給操作中心。

③應具備視頻監控功能，可在支架上裝設足夠數量的微型本安攝像機，來全景監控工作面設備，所裝設的攝像機應具有實時錄像存儲功能與紅外功能，此外可借助順槽集控系統來把工作面捕獲的實時監控畫面及時傳至地面控制室，以進行分析處理[6]。

3 結語

總之，薄煤層機械化開采離不開液壓支架設備，而煤層因受自身賦存條件的限制，其所用液壓支架又應有一些自身特點，未來薄煤層工作面液壓支架設備應朝著輕量化、高可靠性、智能化方向發展，只有這樣才能更好的服務于薄煤層綜采作業，才能更好的促進薄煤層開采的高產、高效。

［1］桑沖峰，張景奎，孫紅發.薄煤層液壓支架液壓系統研究與應用［J］.煤礦機械，2014（10）：55-57.

［2］李剛.較薄煤層履帶行走液壓支架支護參數確定及應用［J］.煤炭科學技術，2015（06）：60-62.

［3］江亞東，馬世野，張建華.薄煤層液壓支架研究與設計分析［J］.內燃機與配件，2017（02）：42-44.

［4］李培新，魏國.薄煤層工作面自移式液壓支架研制與應用［J］.煤礦現代化，2009（10）：31-33.

［5］陳廷理.薄煤層工作面液壓支架的改進［J］.山東煤炭科技，2014（12）：88-90.

［6］夏亮，劉楚強，王穎.極薄煤層液壓支架新型抬底機構的設計［J］.機械工程師，2014（06）：44-46.