四柱放顶煤液压支架主要技术问题研究

张禹飞

摘要：文章在支架设计中，通过合理配置前、后柱支撑能力及各种控制阀，优化结构参数和四连杆机构，在使用中采取相应措施，可大大提高支架的支护性能。

关键词：四柱放顶煤液压支架；液压传动；立柱；四连杆机构

中图分类号：TD355文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）01-0143-02

一、概述

四柱支放顶煤液压架可分为支撑式支架、掩护式支架、支撑掩护式支架三大类。从使用情况可分为一些特殊用途的支架，如适用于急倾斜厚煤层，一次采全高的放顶煤液压支架，再有适用于高档普采煤工作面的滑移式液压支架，以及适用于水砂充填的水砂充填液压支架等。但是，四柱放顶煤液压支架在使用中经常出现前柱受力大，后柱受力小，甚至有拔后柱现象，影响工作面正常推进。经进行用户访问及进行多工作面研究认为顶板压力载荷集中点超前煤壁，支架前方压力大是造成拔后柱现象的主要原因，同时放煤尾梁机构对支架稳定性也有很大影响。

总之，随着采煤机械化水平的提高，为适应不同煤层、厚度及不同采煤方式的要求，液压支架的种类也越来越多，但是总体的结构方式为四柱支撑即四连杆机构。

二、应用

液压支架是以高压液体作为动力，由液压元件与金属结构件组成的一种支承和管理顶板的设备。它能实现支承、切顶、前移和推输送机等一整套工序，因此也称自移式支架。我公司为阜新局、矿所生产的四柱放顶煤液压支架主要架型有ZZ4000/18/38型液压支架、ZZ5600/20/42型液压支架及ZF9360/22/35型放顶煤液压支架等。以上架型广泛应用于阜矿集团各综采工作面。实践表明：液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等优点。液压支架配合可弯曲输送机和转载式采煤机，就组成了回采工作面的综合机械化设备。因此液压支架在技术上是先进的，在经济上是合理的，在安全上是可靠的，是实现回采工作面的综合机械化和自动化的主要设备。

三、四柱放顶煤液压支架架型分析及选择

（一）液压支架架型分析

按液压支架在采煤工作面的安装位置来划分，有端头液压支架和中间液压支架，端头液压支架简称端头支架，它专门安装在每个采煤工作面的连两端。中间液压支架就其结构形式讲，可分为支撑式支架、掩护式支架、支撑掩护式支架三大类。从使用情况可分为一些特殊用途的支架，如适用于急倾斜厚煤层，一次采全高的放顶煤液压支架；再有适用于高档普采煤工作面的滑移式液压支架；以及适用于水砂充填的水砂充填液压支架等。

总之，随着采煤机械化水平的提高，为适应不同煤层、厚度及不同采煤方式的要求，液压支架的种类也越来越多，但总体可归结为上述三大类。

（二）液压支架架型选择

根据液压支架的架型选择原则，选择哪种架型，首先考虑该架型的力学特性，是否适应矿井的顶底板条件和它的地质条件，然后考虑价格是否便宜。

由于掩护式支架有间接撑顶式和直接撑顶式，而且前直接撑顶式应用比较多，故选为直接撑顶、非插底式、掩护式液压支架。这种支架由于立柱直接直撑在底面，因此顶梁和掩护梁的铰接点可以移到顶梁后端，并解决了间接撑顶掩护式支架的“三角区”问题。立柱直接直撑顶梁，它对顶板的支护性能比间接撑顶掩护式支架大。由于它有平衡千斤顶，这样它的结构稳定性能好，进而改善了顶梁接顶情况，支架对顶板合力作用性能的位置亦得到改变，更能适应顶板切顶位置的改变。

四、四柱放顶煤液压支架的组成、用途及特点

四柱放顶煤液压支架有多种形式，下面以ZF9360/22/35型液压支架为例进行具体说明。

（一）液压支架的组成

ZF9360/22/35型液压支架主要由金属结构件、液压系统和抬底座装置三大部分组成。

主要金属结构件有：伸缩梁、护帮板、前梁、顶梁、掩护梁、底座、前、后连杆、推杆及侧护板等。

液压控制系统除了立柱、各种千斤顶外，还包括各种液压控制元件（换向阀组、安全阀、液控单向阀等）和液压辅助元件（管接头件、胶管等）。

抬底座装置包括抬底座缸与连接件等。支架各结构件之间及结构件与液压元件间均通过销轴、螺栓等连接，管路连接采用快速接头、U型卡，拆装维护方便。

（二）液压支架的用途

ZF9360/22/35型放顶煤液压支架是根据我国厚及特厚煤层的地质条件，针对阜新矿区煤层厚度变化大的特点，以及阜新局、矿的具体要求，在吸取同类支架优点的基础上设计的一种支撑掩护式，四连杆插板式放顶煤液压支架。它是厚及特厚煤层放顶煤综合机械化开采的支护设备，它与采煤机和前、后两部运输机配合使用，实现了采、放、运综合机械化，是目前厚煤层开采较为理想的设备之一。

本支架四柱、四连杆支撑掩护式支架，四根立柱支撑顶梁，主要承受顶板的垂直压力。掩护梁一端与顶梁铰接，并通过连杆与底座铰接承受一定的水平力和侧向力。

（三）液压支架的特点

1．工作面三机配套设备能力大，而且伸缩梁千斤顶及推移千斤顶行程大，可配置630mm截深采煤机滚筒，可实现高产高效。

2．四柱支撑，支撑能力大，切顶性能好，初撑力占工作阻力的83%，同时前连杆采用整体连杆，支架抗扭能力大。

3．设置伸缩梁及可向上翻转超过水平面的护帮板，可适应对不平顶板的及时和超前支护，也起到防止片帮、冒顶作用。

4．支架的顶梁、掩护梁及底座等主要受力部件均采用Q460高强度钢板，强度比普通16Mn有较大的提高；主要销轴材质均采用30CrMnTi，强度比普通40Cr有较大的提高，这样既可以减轻重量，又能提高支架的安全系数。

5．支架的液压系统采用大流量系统，其中前、后立柱及推移千斤顶采用大流量换向阀，可显著提高升、降架及移架速度。

6．支架的抬底座千斤顶采用φ125mm缸径，工作能力大。

五、四柱放顶煤液压支架立柱结构及特点

（一）立柱的结构形式

立柱有两种结构形式，即双伸缩和单伸缩两种形式，双伸缩立柱调高范围大，使用方便，但其结构复杂，加工精度高，成本高，可靠性较差；单伸缩立柱成本低，可靠性高，但调高范围小。单伸缩机械加长段的立柱能起到双伸缩立柱的作用，不仅具有较大的调高范围，而且具有成本低，可靠性高等优点，但使用时不如双伸缩立柱方便。

（二）立柱的主要特征

ZF9360/22/35型液压支架立柱为单伸缩立柱，是由缸体、活柱、导向套及各种密封件组成。

立柱初撑力通常是指立柱大腔在泵站压力下的支撑能力。初撑力的大小，直接影响支架的支护性能，合理地选择支架的初撑力，可以减缓顶板的下沉，对顶板的管理有利。本支架的立柱缸径为φ280，初撑力为1939kN。

立柱的工作阻力，是指在外载荷作用下，立柱大缸下腔压力增压，当压力超过控制立柱的安全阀调定压力时，安全阀泄液，立柱开始卸载，此时立柱所能承受的力即为工作阻力。立柱的工作阻力为2340kN。

六、结论

根据理论计算和分析研究，对存在有拔后柱问题的支架进行优化设计和改进。

采取的措施为：将前立柱的顶梁上柱窝尽量前移，立柱前倾增大支架前端支撑能力；采用高强度钢板合理减轻伸缩前梁重量；优化连杆长度，使运动瞬心点后移，减小拔后柱的力矩。改进后液压支架在工作面现场使用中很少出现拔后柱现象。

为了防止拔后柱现象，在井下使用液压支架时应严格遵守操作规程，保持合理采高，保证液压支架顶梁处于水平状态，放煤时间应严格控制，防止液压支架顶梁后部顶煤空引起支架低头现象。

参考文献

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[2] 张家鉴，等．液压支架[M]．煤炭工业出版社，1985.

[3]王国法，等．液压支架技术[M]．北京：煤炭工业出版社，1996．

[4]闫少宏，富强．综合开采顶煤顶板活动规律的研究与应用[M]．煤炭工业出版社，2003．

（责任编辑：叶小坚）