放頂煤液壓支架的創新與發展探究

王軍

（東華重工裝備制造有限公司，山東 濟寧 273500）

從20世紀80年代以來，放頂煤液壓支架的發展過程包括了高、中、正的發展歷程，在此其中綜采技術主要指的是對較厚煤層的開采技術。放頂煤液壓支架技術開采的進步都受框架發展的影響，同時放頂煤液壓支架的技術進步推動了整個煤炭開采行業的發展和進步。下圖（圖1）展示的是四種不同類型的放頂煤液壓支架。

圖1 各種放頂煤液壓支架

1 放頂煤液壓支架的簡述

在經過20多年的研究和發展基礎上，放頂煤液壓支架的技術已經相當的成熟，目前我國已經是全球放頂煤液壓支架研究和發展方面最突出的國家。由于放頂煤液壓支架的研究進展迅速使得煤炭開采行業的技術和工藝逐漸進入了更高的水平。在采煤機的使用過程中利用放頂煤液壓支架技術支持使得采煤工程機械化水平越來越高，放頂煤液壓支架的主要功能包括支撐、切頂、移送等功能，由于其構成要件主要為金屬材質，生產動力主要來自于高壓液體，同時，放頂煤液壓支架在煤炭的開采過程中具有較強的安全性，在執行能力、支護方面等都有較高的優勢。

1.1 放頂煤液壓支架的主要類型

落煤窗式液壓支架主要包括掩護式和支撐式兩種結構，同時又可以分為單機輸送和雙機輸送兩種類型。掩護尾梁插板式放頂煤液壓支架，主要以支撐掩護為主，同時又包括正四聯桿式和反四聯桿式這兩種形式。這是目前為止，主要的兩種放頂煤液壓支架。

1.2 放頂煤液壓支架使用過程中存在的主要問題

目前我國采用的綜采技術方式對于成熟的采煤技術來說并不完全適用，同時放頂煤液壓支架在機械的水平控制方面，還有一定的發展空間，其中包括機械的制造工藝、高強度材料的使用、整機的輕量化及其功能性方面，雖然在這些方面都取得了很大的進步，但是相較于國外一些發達國家還是有很大的進步空間。

2 放頂煤液壓支架的發展現狀

在較厚的煤層開采過程中，尤其是超過10米的煤層，可以結合大采高綜放液壓支架開采的技術和頂煤液壓支架的設備支持。在這過程中由于采煤的技術使用了全面機械化的方式，采煤厚度往往能夠達到12米及以上，這就會大大提高出煤量。

2.1 大采高綜放液壓支架的關鍵技術

根據相關的數據結果顯示，在使用了全機械化液壓支護的開采技術結合之后使得采煤場所的面積和方向明顯的擴大，同時巖壓也有了顯著的增加現象。在這種情況下，支架的安全性能對于頂梁的支撐性方面的要求就會更加高。

在大采高綜采工作區，為了控制煤側壁的片幫發生概率，一般會使用以下的解決措施：對支架的最開始的工作加大支護的阻力，增強主動支護頂板的工作性能。在有壓力的框架進行移動時需要對頂板進行支護，使用頂板和頂煤的支護方式可以使其有較強的接觸能力，從而加強整個結構的支撐方式。傳統的綜采技術在采煤的過程中液壓支架裝備方面有護幫板，護幫板的使用可以在煤壁的附近增加一些片幫的約束力，假如在采煤工作中有頂板破碎或者工作狀態異常就應該及時的采取科學合理的方法來進行維護，主要方式有減小剪切的深度或者加固煤壁，同時在剪切的過程中加強其牽引的速度，利用這樣的解決方式，可以有效的降低破碎的發生。

2.2 反四連桿液壓支架

反四連桿液壓支架，是目前為止我國自主研發的一款放頂煤液壓支架，這種支架，在使用的過程中能夠對后排的立柱之間的受力不均勻現象進行衡量，有更好的物理方面的力學知識支撐，這就會使后期的放煤速度和放煤空間能夠有效的擴展。同時反四連桿液壓支架還能夠對人行道進行及時的調整和衡量，在采煤施工的過程中，隨著工程的進度人行道也會發生改變。但是其也有缺點，就是在受到阻力時這種支架構造在結構布置方面的施展空間較為有限。

2.3 單擺桿液壓支架

單擺桿液壓支架主要使用在一些中小型煤礦的開采過程中，其也有較高的優勢，例如投資少、質量輕、操作方式簡單等優點。但是單擺桿液壓支架在軟頂煤的控制方面能力不太突出，同時其穩定性和強度方面性能比較低，在采煤技術方面有較大的限制空間。由此可見，單擺桿液壓支架在煤礦的開采中是屬于輕型的支架。

3 放頂煤液壓支架的發展探析

隨著煤炭資源行業的不斷發展，在全國范圍內老礦區已經呈現出資源枯竭的現象，這就導致一些大型綜采機械的開采適應能力變差。在采煤工作中，這些角煤不能夠使用大面積的機械設備進行操作。與此同時一些中小型煤礦的通道比較狹窄，這在大型機械的開采過程中也有了一定的限制。針對這些煤炭資源開采過程中遇到的問題，相關的學者已經研發出了一系列的組合式線性放頂煤液壓千斤頂，同時在國內的應用已經呈現出前途光明的趨勢，尤其是在一些西北的偏遠地區的煤礦中，使用效果非常顯著。

3.1 分體組合式直線型放頂煤液壓支架的特點

分體組合式直線型放頂煤液壓支架具有底座、尾梁和護幫板這些結構特征。這些結構可以在頂板發生不平衡現象時進行一定的衡量，分體式頂梁和底座的使用方式主要為連接箱和后拉桿構成,如圖2所示。

圖2 分體組合式直線型放頂煤液壓支架

3.2 分體組合式直線型放頂煤液壓支架適應性和穩定性分析

（1）適應性分析。分體組合式直線型放頂煤液壓支架在適用性方面，首先組合梁的上梁在運動時的過程中或者是伸縮盒的穩定性發生變化，在正常的情況下，它的運動軌跡是垂直的，同時支撐柱的平衡能力一直是保持最理想的工作狀態。但是由于煤礦礦井中的工作環境復雜，在使用的過程中，分體組合式直線型放頂煤液壓支架的頂部尺寸和它的位置都會發生一定的變化。這些不同尺寸和不同方向的支架，對整個液壓支架的開采設備有一定的支撐能力。

（2）穩定性分析。在分體式組合直線型放頂煤液壓支架的穩定性方面，如果在整個采煤工程中使用了整體的支架，就會導致煤炭施工面的每一層傾斜重心和底板就會發生變化，將其垂直線的交點改變，同時推到基座的外邊緣，從而造成支架的傾斜，或者倒架。所以在使用的過程中如果發現煤層有傾斜的現象發生，就要及時的對支架進行扶正。與整體的支架方式相比，分體式支架的穩定性更加堅固，同時在前后支柱的中間具有伸縮和穩定的方式，伸縮機構在上梁的銜接點的位置就會使支架的穩定性不斷加強。

4 放頂煤液壓支架發展方向

煤炭資源的開采過程中使用綜采成套機械設備可以為整個煤炭行業創造更加高效的利潤，同時使得煤炭開采過程中更加安全，由于這種綜采成套設備的機械化程度高，安全性能強等優勢，已經在全國范圍內的煤炭開采中越來越被更多的人所認可。除此之外，對煤炭開采技術中放頂煤液壓支架的智能化方向進行研究，主要有以下的幾個方面表現：首先，研究智能化放頂煤煤巖識別系統。目前的綜采工作，智能化程度已經有較大的提高，能夠實現遠程控制。目前影響綜采智能化工作發展的主要因素是放頂煤液壓裝置方面的智能化程度不夠高，所以在放頂煤液壓裝置方面，還需要進行一定的研究。對放頂煤液壓裝置系統進行研究，對于整個煤礦的開采工作來說，能夠提高工作效率、縮短工作時間、提高煤炭的開采率、加強煤礦的安全工作等方面都有顯著的成效。其次是放頂煤液壓輕型支架的開發。伴隨著越來越多煤炭資源的枯竭和目前為止采煤工藝和技術的發展滯后問題，大多數的煤礦都沒有完全開采完畢，有很多的邊角煤和煤柱都沒有及時進行回收，這時候分體組合式放頂煤支架如果能夠和輕型放頂煤支架進行結合的話，在一些小型的煤礦或者是一些資源馬上枯竭的礦井的開采過程中就能夠提供一些有效的解決措施，幫助這些小型煤礦開采出更多的煤炭資源。

5 結語

綜上所述，在煤炭的開采過程中，利用綜采的開采方式，和液壓支架的設備機械支持對于煤炭的開采來說有著舉足輕重的作用，能夠促進煤炭行業的整體發展。在液壓支架的使用過程中，尤其是放頂煤液壓支架的使用，對于整個煤炭的開采工作來說，能夠對其更好的進行平衡力的控制和大型機械的支撐支護，對煤礦的開采工作和煤礦的安全施工方面起到了重要的作用，在促進行業綠色發展的同時，為煤礦企業創造更多的經濟效益。