液壓支架在煤礦環境中的應用

史佩玉

（陽泉煤業集團華越機械有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

隨著對煤礦資源的長期開采，機械自動化已成為煤礦工作的核心技術，礦用液壓支架作為重要施工工具，對降低井下作業環境的改善起到關鍵作用[1]。因井下的地質條件存在差異，且液壓支架的規則以及類型繁多，導致煤礦企業在施工前選擇工具類型時過于隨意，選用規則毫無科學依據，最終為井下作業環境埋下諸多安全隱患[2]。所以必須結合工程實際，根據井下圍巖結構特點，主要考慮煤層條件、支架結構性能和經濟成本等因素，合理選擇液壓支架。

1 礦用液壓支架結構類型及特點

1.1 液壓支架結構類型

液壓支架主要應用于井下環境作業，目的在于支撐工作面板、礦井頂板，避免落石掉入工作區域，消除井下工作環境的安全隱患。此外，有助于推動其他可移動儀器或者設備。液壓支架包括底座、推桿、千斤頂、連桿等核心零部件[3]，具體模型以及對應位置如圖1 所示。

如今，礦用液壓支架規則類別繁多，施工人員可依據使用環境、應用場景挑選合適的工具。

1.1.1 按結構特點分類

圖1 礦用液壓支架結構組成圖

通常情況下，礦用液壓支架主要劃分為以下三類：掩護式、支撐式、支撐掩護式。所謂掩護式礦用液壓支架，特點在于立柱支撐于頂梁以及掩護梁，實現立柱與千斤頂雙重掩護目的。所謂支撐式礦用液壓支架，是以節式以及垛式支架為核心結構。

1.1.2 按使用條件分類

通常情況下，液壓支架的分類方式多樣化，常見的分類方式包括高度、傾斜角度兩種。以高度為劃分依據，則可細分成薄煤層支架、中厚煤層支架以及厚煤層支架三類，高度區域分別為不高于1.3 m、介于1.3 m 和3.5 m 之間、不低于3.5 m。以傾斜角度為劃分依據，則可細分成急傾斜、傾斜以及緩傾斜三類，傾斜范圍分別為不小于45°、介于25°和45°之間、小于25°[4]。

1.2 液壓支架特點分析

支撐掩護式支架結合支撐以及掩護兩類支架優勢，主體結構包括兩排立柱，二者其一可傾斜，從而實現支撐工作面的目的，消除安全隱患，而且整體支撐力度強，安全系數高，穩定性達標，主要應用在底板硬度較高的中厚煤層。需要注意的是，支撐掩護式支架升降速度低于其他類型支架，且立柱無法均勻受力，支撐面積偏窄，制造以及購買成本高于其他類別，針對厚度較高的煤層實用性不強。

2 礦用液壓支架與圍巖的關系

在煤礦環境下，圍巖的核心結構包括:基本頂、直接頂、底板。圍巖的綜合性能影響液壓支架的選用規則。二者具體的內在關聯如下頁圖2 所示，因施工過程中，支架工作面內底板會受到壓力的作用而產生鼓起現象，導致直接頂產生向下彎曲，甚至存在斷裂風險，則施工人員會憑借圍巖變形狀況而采用正確的液壓支架類型并按規定安裝。綜上可知，支架在設計階段，必須考慮到與圍巖的相互作用，分析內在原理，從而制造出支撐性能強、掩護效果佳的工具，最終達到保護圍巖的目的。需要注意的是，制造階段必須立足于工程實際，考慮制造成本以及綜合性能，確保消除片幫以及冒頂情況。此外，必須強調液壓支架的護頂裝置具有高強度支撐性能，可依據圍巖運動情況達到相應的保護作用。

圖2 礦用液壓支架與圍巖的關系示意圖

3 礦用液壓支架選擇原則

1）支架選用階段需要考慮圍巖類型，以圍巖頂板的具體性能為依據。如果頂板的力學性能低于平均水平，則采用掩護式支架；如果力學性能高于平均水平，則建議采用支撐掩護式支架。此外，由于礦井環境的不可預測性，要想切實保障員工安全，則可匹配多樣化支架交叉使用，及時應對各類突發狀況。

2）以煤層厚度以及傾斜角度為參考依據。如果厚度＞2.8 m，且分布不均，則盡可能采用擁有調節功能的掩護式液壓支架；如果厚度＞2.5 m，并且頂板承受水平以及橫向的雙重作用力，則盡可能采用擁有較強抗扭矩且高強度的類型；如果傾斜角＞15°，則盡可能采用擁有防滑功能的類型。

3）考慮環境地質條件，并通過具體的理論推算得到結論，通過精準預測工作面不同區域的壓力、不同管道的通風速率和區域瓦斯含量，進一步挑選最匹配的支架類型。需要注意的是，理論推算僅僅作為基礎依據結合實際需要以及法律法規是不可或缺的步驟。

4）研究產品的經濟屬性，例如在礦井環境下作業，盡可能采用通用性較高、制造成本較低的類型，有助于間接增加經濟利潤。

綜上所述，選用支架類型的主要考慮因素包括圍巖頂板、煤層情況、經濟屬性、力學性能以及環境條件等[5-6]，詳細內容如表1 所示。

表1 液壓支架力學性能以及應用環境

4 結論

在進行液壓支架選擇時，應結合工程實際，主要考慮煤層條件、支架結構性能及經濟成本等因素，合理選擇液壓支架，以實現對井下環境的支護保護，保證井下作業的安全，提高企業的經濟收益。