薄煤层综采液压支架关键技术及其发展方向

常可红

（山西兰花百盛煤业有限公司，山西高平 048400）

0 前言

我国具有丰富的煤炭资源，在这些煤炭资源中有很多都为薄煤层资源，据有关部门统计，当前国内有1/5的煤炭资源属于薄煤层资源，这些薄煤层资源广泛分布于全国各地。当前在已探明的矿区中，有薄煤层分布的矿区占到了84%左右，而因受煤层地质条件的限制，薄煤层实现综合机械化开采相对较难，虽然当前也有部分矿井开始用滚筒采煤机以及刨煤机来开采薄煤层，但实际应用水平还相对较低。工作面液压支架作为支护顶板及保障采煤设备安全、顺利推进的重要设备，它在薄煤层机械化采煤作业中占有重要地位，通过研究薄煤层液压支架关键技术及其未来发展方向，有助于更好的保障薄煤层机械化开采的安全性，高效性。

1 薄煤层液压支架现存问题

长壁采煤法是我国很多薄煤层实施机械化开采主要用到的采煤方式，其机械化采煤主要用到的设备有：滚筒式采煤机、刨煤机、刮板输送机及液压支架等。薄煤层因煤层厚度小，通常煤层厚度均小于1.3 m，加之受地质条件等因素的影响，采煤高度通常不高，液压支架在实际应用中也存在很多问题，其主要包括下列几个方面[1]。

开采薄煤层时，因煤层较薄采高低，通常没有足够的空间，供工人作业。生产效率低，我们日常生产中遇到的薄煤层煤层厚度大多小于1.3 m，部分煤层其厚度甚至小于0.9 m，过小的空间会增加液压支架结构的设计难度，很难顺利布设液压系统，也会使液压系统的操作及日常维护十分不便，会影响液压支架的有效适应性。

（2）液压支架实际质量过重，不便于井下安装。随薄煤层开采年限的增加，薄煤层开采深度不断加深，需面临的开采地质条件也越来越复杂，所用的液压支架需面对更大的工作阻力，而随工作阻力的不断增大，液压支架重量也在逐年加重，这样会给液压支架的井下运输工作增加难度，尤其是对于部分正在实施技术改造的老矿井而言，因受落后运输条件的限制，很难安全顺利的运输支架，因此，开采薄煤层所用的液压支架质量不易过重[2]。

（3）液压支架不够智能化，施工人员工作环境恶劣。近年来，随着我国薄煤层开采技术的发展，薄煤层开采的智能化水平越来越高，但液压支架自动化，智能化应用水平还相对较低，仍主要以手动操作为主，这样不仅会降低操作效率，而且会增加设备日常维护难度。

为更好适应薄煤层机械化安全、高效开采，其所用的液压支架也应逐步改进优化，应让薄煤矿开采所用液压支架朝着轻量化、高安全性、高可靠性、高智能化的方向发展。

2 薄煤层开采液压支架关键技术

（1）液压支架适应性要求

在具体选择薄煤层液压支架时，应综合考虑配套设备因素、地质条件因素以及运输条件等因素以选出更适合薄煤层开采作业的液压支架。国内通常所用的薄煤层液压支架大多为两柱掩护式，而俄罗斯、乌克兰等一些国家他们在开采薄煤层时，所选的液压支架大多为四柱支撑掩护式。在实际生产中，具体应选用何种架型应充分考虑到工作面实际地质条件。

薄煤层煤层煤层厚度较小，施工人员作业空间相对较狭小，要想确保工作面正常作业，必须科学、合理的布设综采设备，布设的综采设备应不影响液压支架操作。在国外人们在开采薄煤层时，所要求的行人空间通常大于国内薄煤层开采要求的空间，且会要求操作主阀组也严禁占用有限的行人空间，这样薄煤层开采所用液压支架通常需配备较长的顶梁，同时可把顶梁箱体盖板设计为下沉状，以便于更好的安放主阀及相关管路。此外，为使支架能更顺利的下井，避免因尺寸过大造成阻碍，通常可让支架顶梁与前梁进行前铰接，在进行下井作业时，可通过合理拆卸前梁，来确保大部分支架可实现整体下井[3]。

所选的薄煤层综采机组一方面应能尽量适应一些较低的采煤高度，另一方面采煤机应有足够大的过机间隙。当确定好采煤机的机身高度后，应选用顶梁前端相对较薄的支架。对于支架的顶粱厚度大小，其主要受支架的工作阻力大小、顶梁长度情况、所用钢板材质情况等因素影响。通常开采薄煤层时，其工作阻力相对较小，这时可把支架顶梁前端布设为板式顶梁结构。

用于薄煤层开采的液压支架通常立柱较倾斜，实际支护强度相对较低，而支架底座相对较大，这样可使支架产生的底板比压大幅降低。通常所用的薄煤层液压支架大多为封底板式结构，配置有效的抬底装置较难，但若遇到工作面底板不好的情况时，支架前端变易出现下陷现象，会影响推进速度。对此，随着薄煤层所用液压支架技术的发展，很多地方在设计薄煤层液压支架时，会尽量给其配置一抬底装置，国外也是如此。如基于薄煤层开采液压支架结构空间相对较小，乌克兰为薄煤层液压支架加设了横向抬底装置，这样不仅对液压支架空间尺寸的缩小十分有利，而且当把支架降至最低进行运输作业时，也不会造成过大影响[4]。

（2）液压支架的轻量化

所用的薄煤层液压支架其实际工作阻力通常在2 000 kN～5 000 kN之间，而对于一些浅埋深煤层而言，要求选用的液压支架应能应对更大的工作阻力，该工作阻力有时可高达7 000 kN左右，在薄煤层开采机械化水平不断增大的影响下，要求液压支架应能应对更大的工作阻力，开采薄煤层所配备的液压支架质量也在不断加重，由起初的7、8 t左右已逐步增至15 t左右，这样在部分老矿井中便很难顺利运输，同时井下搬运也十分不便。对此，在选用液压支架时，应在确保所用液压支架可充分满足其工作阻力需求的情况下，最大限度的降低液压支架自身质量，以便于液压支架的实际搬运。

在实际生产中，可通过降低液压支架立柱质量来使液压支架整体重量减轻。如可用一些现代化的新型高强度材料30CrMnSi来替换传统材料27SiMn来制作液压支架；可用管采来充当液压支架活柱，采用焊接式的柱头，这样和之前的实心圆钢相比会大幅减轻液压支架质量。

经相关部门研究，人们发现在液压支架的总重量中，结构件的质量几乎要占到70%左右，而因受刚板价格因素及实际焊接技术的影响，通常选用Q550或Q690型号的钢板来制作结构件，而几乎不应用超高强度钢板。若大量使用Q960以及S1000型的新型超高强度钢板来制作液压支架主体结构件，如主肋部分、贴板部位以及盖板部分等，可使液压支架的实际重量大幅降低。而在此过程中，当液压支架的主体结构件大幅便薄后，虽支架实际重量会显著减轻，但也应充分考虑到具体结构件的强度及刚度平衡情况，对此，在实际研发时，可通过借助虚拟数字化样机技术以及现代化的实验检测技术，通过进行深入的样机试验，进而来确保所制造的支架更安全，更可靠。

（3）智能化技术

因薄煤层受其自身生产条件的限制，如煤层低，施工空间小，地质条件较复杂等因素的影响，进行机械化生产相对较难，为进一部提高薄煤层的安全、高效开采水平，让整个工作面逐步实现智能化采煤也越来越重要。对此，人们也开始着手研发智能化液压支架，该类液压支架的发展主要呈现出以下特点[5]。

①电液控制系统开始逐步走向国产化道路，可靠性也越来越高。很多支架电液控制器防护等级开始大幅提升，开始以中文人机界面为主，更易操作与维护，同时电液控制系统所具有的功能也在不断增多且越来越完善，不仅可让支架全部控制动作顺利完成，而且还可进行单架与成组推溜移架作业。在实际生产中借助电液控制器，可对液压支架立柱进行自动补压操作，当压力出现明显下降，降至比设定值还低时，液压系统会自动升压并及时进行升柱作业，并可执行多次，以确保实际支护质量达标。

②液压支架遥控操作技术，可对支架进行单架遥控操作或多架遥控操作，且所装备的遥控发射器，可对所用支架架号进行实时监测，并能对支架的立柱压力大小及推移行程情况进行实时监测，且能把监测到的数据及时反馈给操作中心。

③应具备视频监控功能，可在支架上装设足够数量的微型本安摄像机，来全景监控工作面设备，所装设的摄像机应具有实时录像存储功能与红外功能，此外可借助顺槽集控系统来把工作面捕获的实时监控画面及时传至地面控制室，以进行分析处理[6]。

3 结语

总之，薄煤层机械化开采离不开液压支架设备，而煤层因受自身赋存条件的限制，其所用液压支架又应有一些自身特点，未来薄煤层工作面液压支架设备应朝着轻量化、高可靠性、智能化方向发展，只有这样才能更好的服务于薄煤层综采作业，才能更好的促进薄煤层开采的高产、高效。

［1］桑冲峰，张景奎，孙红发.薄煤层液压支架液压系统研究与应用［J］.煤矿机械，2014（10）：55-57.

［2］李刚.较薄煤层履带行走液压支架支护参数确定及应用［J］.煤炭科学技术，2015（06）：60-62.

［3］江亚东，马世野，张建华.薄煤层液压支架研究与设计分析［J］.内燃机与配件，2017（02）：42-44.

［4］李培新，魏国.薄煤层工作面自移式液压支架研制与应用［J］.煤矿现代化，2009（10）：31-33.

［5］陈廷理.薄煤层工作面液压支架的改进［J］.山东煤炭科技，2014（12）：88-90.

［6］夏亮，刘楚强，王颖.极薄煤层液压支架新型抬底机构的设计［J］.机械工程师，2014（06）：44-46.