放顶煤液压支架的创新与发展

车候卫

摘要：随着我国放顶煤技术逐渐发展，其液压支架取得了许多创新成果，液压支架的研制工作发展很快，由基本依靠进口，发展到自行设计、自行制造，且品种繁多、功能齐全、质量可靠，文章分析了放顶煤液压支架的创新成果，阐述最新发展趋势。

关键词：放顶煤；液压支架；煤矿开采

中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）09-0092-02

1 放顶煤液压支架的创新成果

近三十年来，放顶煤技术经过长期发展，基本淘汰了高位放煤与中位放煤。现阶段，我国综放工作主要选择低位放煤技术，液压支架采用正四连杆与反四连杆四柱、两柱掩护式与单摆杆支架，这集中支架类型开采具有独特作用，取得良好效果。

首先，正四连杆四柱液压支架。该支架类型在综放工作面广泛运用，且获得极大成功，属于主导成熟支架类型，该支架的主要优点：稳定性与支护能力强、高产能力与操作能力强、人性通道宽，但前后排立柱存在受力不均大多问题，无法充分发挥支护能力，特别是在放煤时更加突出，有时会出现拔后柱问题，对工作面推进造成严重影响。随着逐渐深入认识、完善该液压支架的受力结构与使用条件，正四联四柱正逐渐扩大其使用范围。

其次，反四联感四柱液压支架。作为我国自主研发的液压支架，改进前后排立柱的受力问题，具有良好的力学特性，扩大其后部放煤空间，增加了定煤采出率、煤效率，随着采高变化，其人行道也随之变化，当遇到大阻力时，难以布置结构，该支架主要作为综放过渡架使用。

第三，单摆杆液压支架。该支架主要用于中小煤矿，具有投资少、质量小的优点，且易于操作，提升开采机械化程度，缺点在于不能很好控制软顶煤，支架稳定性不高，强度相对较小，缺乏进一步提升空间，该支架是一种煤矿开采的轻型支架。

第四，掩护式两柱液压支架。一般放顶煤液压支架，顶梁后部连接掩护梁，掩护梁后部连接尾梁，掩护梁通过前后连杆和底座连接，而轻型放顶煤液压支架，顶梁和掩护梁设计为一个整体结构，后部与尾梁连接，顶梁通过摆杆和底座相连。

作为我国新型液压支架，主要适用于围岩开采，属于单排立柱，可解决受力不均问题，提升支护效率，有利于自动控制电液。现阶段，掩护式两柱液压支架广泛应用于我国的十几个矿井，提升了综放自动化效率，为综放高效、高层开采提供科学保障，属于工作面新架型，具有广阔的应用前景。

2 放顶煤液压支架的创新发展

当我国处于“十一五”规划期间时，属于煤矿开采技术的高速发展时期，综放装备研发获得巨大成果，因我国地理条件优越，幅员辽阔，煤层开采条件具有多样性特点，使得综放技术多样化发展，“十一五”作为放顶煤液压支架的高速发展时期，也是中小煤矿的轻型液压支架、成套装备的发展阶段。

首先，大采高液压支架。针对14m～20m特厚煤层，通常需一次采全高，因此需要大采高综放，研发出5.0m的大采高液压支架、成套设备，使一次性开采厚度可达20m，生产能力达到1000万t/a。其一，大采高综放技术。提升了支架工作阻力，通过实践表明，加大液压支架采高之后，显著扩大了围岩的横向活动范围与纵向活动范围，增加了矿压，而5.0m大采高解决了工作阻力问题，增加支架前端、后端的失稳，提升了回转能力，达到了液压支护要求；其二，控制煤壁片帮。通过提升液压支架初撑力，使支撑顶板主动性提高，降低顶板对煤壁垂直压力，确保煤壁完整，可有效抑制片帮。同时，利用带压移架，可及时支护顶板，确保顶板与顶梁能够良好接触，降低煤壁的前方支撑力，防止发生煤壁片帮，降低煤壁皮帮程度。另外，通过设置护帮板，与煤壁紧密牢靠，提升侧向约束力，从而降低煤壁片帮程度。处于异常情况时，可实现对煤壁片帮的控制，若工作面出现冒顶，遭遇到异常带，可通过降低采高，加固煤壁，降低采煤机截深，提升采煤机的牵引速度，进而降低片帮程度，若条件允许，可选择俯斜开采；其三，大采高液压支架具有较强稳定性，针对5.0m大采高液压支架而言，通过优化四连杆参数，提升支架初撑力，扩大中心距，缩短径向与轴孔间隙，增加前梁缸径，采取二级护帮方式，提升大采高液压支架的稳定性；其四，中通式与双前后连杆液压支架，具有大空间、稳定性优点，设计5.0m大采高液压支架时，设计中通式与双前后连杆液压支架，可提升抗扭能力，通过后双与前双，防止传统液压支架的后单与前双问题，极大提升了前后连杆刚性，降低连杆变形量，减少了掩护梁与顶梁的偏移量，提升了大采高稳定性。另外，前后连杆具有较大人行通道，维修人员通过人行通道，可直接到达支架后部，实施维修作业。同时，操作人员通过人行通道，对放煤状况进行动态观察，提升回采率、放煤精度；其五，选择抗冲击立柱。通过大量实践证明，当大采高液压支架在运行时，时常受到冲击负荷作用，为确保高效、安全的工作面，需采用抗冲击性强的立柱，为提升立柱抵抗能力，可增加外缸外壁直径、中缸缸壁厚度，设置旁路安全阀，提升安全阀流量，当支架遇到冲击负荷时，可实现迅速泄液。尽量扩大缓冲液体体积，进而提升立柱的缓冲能力。科学设计立柱机构，降低立柱压缩刚度，使立柱的振动周期有所延长。合理采用立柱型式，选择双伸缩立柱与单伸缩立柱，选择综合减重方法。总而言之，由于大采高液压支架具有质量大、高度大、阻力大等特点，且难以运输安装，必须实施总体优化设计，选择高强度材料，运用可靠工艺技术，降低支架质量。

其次，直线型与分体组合式液压支架。由于煤炭开采深度不断增加，大多数矿区残留许多煤柱、小块段煤与边角煤，若布置正规工作面，难以实施回采与综采。若采用大型综采设备，难以适应边角煤，无法发挥应有效率。对于中小煤矿，因其巷道狭窄，选择大型设备必然受到限制，为达到边角小块、中小煤矿的放顶煤生产需求，研制出直线型与分体组合式液压支架，并广泛应用于西山、新疆、晋城等矿区。其一，支架特点。对于该支架而言，顶梁与尾梁、底座与护帮板，均属于分体式，防止因顶板不平引起偏载，顶梁与底座利用铰接，采用前后拉杆与连接箱成为一体。其二，适应性与稳定性。该支架轨迹作为一条铅垂直线，其受力始终处于理想状态，在井下实际工况时，支架较为非常复杂，顶板压力作用位置、大小，顶板与顶梁接触也随机发生变化。同时，支架受到不同方向、作用大小的水平荷载。针对分体式顶梁恶言，单片顶梁具有较大长宽比值，顶板与顶梁呈线接触方式，底板与底座也呈线接触方式，因此，分体式支架具有极强适应性。另外，分体式支架在前后立柱间设置伸缩箱，顶梁铰点同伸缩箱接近合力作用点，使结构承受弯矩、扭矩能力极大提升，同四连杆比较，分体式支架伸缩箱的受力杆件明显减少，有利于降低支架质量，同时也极大提升了纵向稳定性。

3 结语

液压支架作为综采设备的重要组成部分，它能可靠、有效支撑和控制工作面定案，隔离采空区，维护安全作业空间，避免矸石进入回采工作面，推进采运设备，同采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械采煤的顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善与提高了采煤、运输设备效能，降低煤矿工人的劳动强度，最大限度保证了煤矿工人的生命安全。目前，我国放顶煤液压支架取得了较大创新成果，未来我们将更深层次思考与研究，进一步创新发展，研制出更加科学、可靠的放顶煤液压支架。

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