礦用液壓支架分析

高 偉

（同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司機電科， 山西 朔州 036000）

引言

隨著國家對煤礦的大量開采，井下環境中機械化程度越來越高，礦用液壓支架被廣泛應用到井下工作面支護保護中[1]。由于井下地質條件的不同，液壓支架的種類也相對較多。煤礦企業在液壓支架選擇過程中存在不合理、不科學、無根據現象，致使井下工作環境的安全性較難得到保障[2]。因此，有必要系統的對礦用液壓支架結構類型及選擇原則進行分析說明。

1 礦用液壓支架結構類型及特點

1.1 液壓支架結構類型

液壓支架是井下作業過程中用于支護工作面、礦井頂板、隔離并防止碎石進入工作面的支護設備，對井下工作空間起較好的支護和保護作用，同時，可實現對其他推移設備的推動作用。其結構主要由頂梁、底座、推桿、立柱、千斤頂、護幫裝置、前后連桿等主要部件組成[3]，如圖1所示。

礦用液壓支架的結構類型較多，可根據結構特點、使用條件等方面進行分類。

一是按結構特點分類。根據礦用液壓支架的結構特點，可將其分為掩護式、支撐式、支撐掩護式；其中，掩護式主要包括將立柱支撐在頂梁上、立柱支撐在掩護梁上、立柱和千斤頂共同掩護；而支撐式主要包括節式支架和垛式支架。

二是按使用條件分類。根據使用高度，液壓支架可分為薄煤層（d≤1.3m）支架、中厚煤層（1.3m≤d＜3.5m）支架、厚煤層（d≥3.5m）支架；根據液壓支架使用傾斜角度可分為急傾斜工作面（θ≥45°）支架、傾斜工作面（25°≤θ＜45°）支架、緩傾斜工作面（θ＜25°）支架[4]。

1.2 液壓支架特點分析

液壓支架中支撐掩護式支架集成了支撐式支架和掩護式支架的特點，其結構上擁有兩排立柱，其中一根立柱能傾斜，可實現對井下工作面的支撐和掩護作用，對工作面的整體支撐力較大，具有較高的防護性能和穩定性，可用于底板較硬的中厚煤層。但該結構具有升降速度較慢，立柱受力不均勻、支撐范圍較小和支撐效果較差等缺點，且整套產品的生產成本較高，不適用于較厚的煤層開采。

圖1 礦用液壓支架結構組成圖

2 礦用液壓支架與圍巖的關系

煤礦環境中的圍巖主要是由煤層中的基本頂、直接頂及底板等結構組成，其整體性能直接決定著液壓支架的結構類型和型號。液壓支架與圍巖關系如下頁圖2所示。由于在工作面內底板會因卸載作用而發生向上鼓起變形，而直接頂發生向下變形，導致整個圍巖的直接頂發生變形、斷裂或其他變形現象，此時，液壓支架將根據圍巖的變形情況和變形程度進行合理選擇并正確安裝[5]。因此，液壓支架在前期設計過程中，應以與圍巖的作用關系作為理論依據，由此設計出支撐掩護效果好、能對圍巖起到較好保護作用、符合工程實際需求、綜合性能和經濟性優的液壓支架，保證工作面不發生片幫和冒頂現象。同時，要求所設計的液壓支架的護頂裝置具有較高的可靠性和支撐力，能較好地根據圍巖運動規律進行支護保護，保證井下作業的生產安全。

3 礦用液壓支架選擇原則

井下工作過程中，選擇正確合理的礦用液壓支架，將直接影響井下作業的生產效率和生產安全。因此，液壓支架在選擇過程中因考慮煤礦環境中的地質條件對支架的影響情況和支架整體結構的力學性能對圍巖的適應情況和符合性。

圖2 礦用液壓支架與圍巖的關系示意圖

1）在液壓支架選擇過程中，應根據圍巖的種類進行初步選擇，主要參考圍巖頂板的級別。若圍巖頂板的穩定性和承載能力處于中等偏下水平，可選用掩護式液壓支架；若圍巖頂板的穩定性和承壓能力較強，可選擇支撐掩護式液壓支架。同時，考慮到井下環境的復雜性和特殊性，為保證井下作業安全，可選用多種類型的液壓支架進行混合支護使用。

2）可根據煤層的厚度和傾斜角度進行選擇。若煤層的厚度超過2.8m且厚度不均勻范圍較大，宜選擇具有較大可調功能的掩護式液壓支架；若煤層厚度達到2.5m且頂板收到橫向和水平作業力時，宜選擇具有較強抗扭矩和結構強度較大的液壓支架；若煤層的傾斜角度超過15°，應選擇具有防倒滑功能的液壓支架。

3）液壓支架的選擇還應結合井下環境和煤層地質條件等工程實際進行理論計算，計算工作面各處的壓力、井道中的通風速度及井下瓦斯濃度進行選擇設計，以理論計算為基礎，結合工程實際和相關法規，以此完成對礦用液壓支架的選擇。

4）在液壓支架選擇時還應考慮產品的經濟性，在滿足井下作業環境使用要求條件下，選擇適用范圍較廣、經濟成本較低的液壓支架，以降低企業的成本支出，從而獲得較高的經濟收益。

4 液壓支架的力學性能和適用環境

在考慮圍巖頂板、煤層條件和經濟性成本基礎上，對液壓支架力學性能及不同適用環境進行了歸納分析[6]，如表1所示。

表1 液壓支架力學性能和適用環境

5 結語

在液壓支架選擇時，應主要考慮煤層條件、支架結構性能及經濟成本等因素，以實現對井下支護的保護，保證井下作業安全，提高企業的經濟收益。