超前支護液壓支架的應用及發展

董躍鵬

（山西煤炭運銷集團金塬達煤業有限公司，山西臨汾 041000）

0 引言

由于礦井開采工作所處的環境較為特殊，處處都面對著水、瓦斯、頂板等自然因素的威脅，因此煤炭行業需要更加重視生產的安全性。隨著超前支護液壓的提出，采煤作業的安全性得到了極大提升，本文針對應用較廣泛的四連桿型交替邁步式超前支護液壓支架進行分析。

1 我國超前液壓支架發展狀況

為了確保綜采工作面生產的安全性，就必須對巷道頂板進行有效的支護。我國最早使用金屬摩擦支柱及木支柱來支護綜采工作面的巷道。實際上，在工作面回采的過程中，隨著采空區的不斷增加，上部巖層將逐漸轉移至周圍煤巖體的深部，從而在工作面的前部及兩側分別形成超前及側向的支承壓力。工作面前方的巷道受到了雙重壓力的疊加作用，并且該區域所需的設備較為密集，工作人員的往來也較為頻繁，是開展防護工作的關鍵所在[1]。隨著煤炭行業的不斷發展，其技能水準不斷提升，國家對綜采工作面的安全性也越來越重視，因此超前支護技術取得了極大進展。早期，我國主要采用單體液壓支柱加設板梁或鉸接頂梁、雙排木支柱加設橫梁3種形式。其中應用最多的是單體液壓支柱與鉸接頂梁相結合的方式，而移架的方式為人工搬運。該支護形式存在較多的不足，如不具備較高的支護強度及效率、成本費用較高等等。隨著綜采工作面中機械化水平的不斷提升，這種傳統的支護形式將無法與現階段的生產模式相匹配，更加難以達到生產安全性及效益性的要求。通過我國研究人員及生產人員的共同努力，設計研發出了超前液壓支架，而隨著該支架的產生，綜采工作面中超前順槽頂板的安全性得到極大提升，并且生產的效果得到提升，成本得到極大降低[2]。

2 超前支護液壓支架應用分析

超前支護液壓支架是基于傳統的單體液壓支柱與鉸接頂梁相結合的支護形式而發展起來的。與單體液壓支柱相比，該支架在綜采工作面的應用則更具優勢。根據《煤礦安全規程》中的規定：綜采工作面中的所有出口與巷道的相連接部位必須增強支護，并且巷道的長度必須大于20 m。目前，最常應用的四連桿型超前支護液壓支架存在20 m以上的支護距離，可以達到該規程的要求，并且可以基于巷道的寬度來設計支架的寬度[3]。

2.1 支架組成

目前，四連桿型超前支護液壓支架是應用最廣泛的一種支架，由底座、立柱等部件構成，其構造如圖1所示。

圖1 四連桿超前支護液壓支架

為了使巷道行人及運輸的需求得以滿足，超前支架的頂梁應當設置為左右兩個頂梁，兩個頂梁之間利用調架千斤頂相連接，以提高支架的穩定性。頂梁內外兩側可以設置活動側護板，基于巷道的寬度來調整支護的寬度。頂梁的前后部位可以配置伸縮梁或者挑梁，以此來增加護頂的距離。支架底座的結構為分體式，在運輸巷道中分別將轉載機和輸送機安裝在左、右底座的中間，底座上方的推移千斤頂可以利用耳座來連接轉載機。在移架的時候，底座與轉載機均為支點，依靠推移千斤頂的一系列動作來完成前進工作。斜梁與底座的連接可以利用前、后連桿實現，以此構成四連桿裝置，提高支架升降操作的有效性[4]。

2.2 支架優勢

與以往單體液壓支柱結合鉸接頂梁的支護形式相比，超前支護液壓支架存在下列幾點優勢。

（1）該液壓支架的支護高度及工作阻力較大，可以實現大采高綜采及綜放作業面的使用條件。目前，我國所應用的超前支架存在35 000 kN的阻力，單根立柱的直徑則大于φ300 mm，支護高度最大為5 000 mm以上。在維護巷道圍巖穩定性的方面具有較強的可靠性，特別是處于巷道周期來壓的狀況下，控頂的效果較好，可以提高巷道維護工作的有效性。

（2）超前支護液壓支架所具有的分體式結構可以確保支架在橫向上成為門式而騎在巷道上，通過頂梁內、外側安裝的護板及前、后方設置的伸縮梁來擴大支架護頂的面積，從而為巷道行人及運輸提供更加有效、更加廣闊的空間，促使工作面中的設備得到較好的維修及更換[5]。

（3）液壓支架技術日益完善，超前支護液壓支架可以利用電液控制來提升支護工作的自動化及機械化水平。超前支護液壓支架具備簡單、便捷的操作，可以降低工作人員的任務量及工作強度，也可以減少相應的人工成本。工作面的推進速度不斷提升，進而使礦井生產的效率及經濟效益得到極大提升。

2.3 存在問題

隨著超前支護技術的不斷發展，用它取代單體支柱已成為必然趨勢，但是超前液壓支架尚未得到較長時間的應用，也不具有足夠的研發經驗，依舊存在相應的問題[6]。

（1）目前所采用的超前支護液壓支架大多為步進式頂梁支護，僅僅依靠底座上方的千斤頂來推進，在移架的過程中，需要完成升降拉等一系列操作。在支架升降的過程中可以持續支撐頂板，極易導致頂板出現破碎，因此頂板支撐易破碎的問題并未從根本上得到解決，必須對其進行完善，對“支”與“護”之間的關系進行研究，盡可能清除超前支架造成的不良影響[7]。

（2）為了科學設置行人及設備的通行空間，超前支護液壓支架采用了分體式結構來設置底座和頂梁，這就對移架穩定性造成了影響。而推移千斤頂與底座之間多利用軸向垂直面上的聯接頭與耳座相互連接，當底座在水平方向上發生位移時，聯接部位極易受到破壞。因此，推移千斤頂與底座之間采用的聯接方式需要進行深入優化改良。

（3）超前支護液壓支架可達到20 m的支護距離，承受了較大的頂板壓力，其結構應當具備較高的強度、立柱必須具備較大的工作阻力，這就導致支架出現體積過大、安裝及運輸難度較大的問題。因此，應當基于巷道壓力得以滿足的前提下來設計超前支護液壓支架，盡可能降低支架的重量和零件的體積[8]。

3 結束語

總之，隨著當前人們對生產安全性的重視度越來越高，各個行業都需要堅持安全第一的原則。在我國煤礦的開采中，提高安全性、自動化及機械化是其必然趨勢。針對目前超前支護的發展狀況及存在的問題，進一步深入分析現存問題，有效解決存在的問題，將有助于超前支護液壓支架的進一步積極推廣與應用，通過在礦井生產中科學、合理地應用超前支護液壓支架，不僅會更便于煤礦開采作業，而且有助于提高煤礦開采的安全性。