矿用液压支架分析

高 伟

（同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司机电科， 山西 朔州 036000）

引言

随着国家对煤矿的大量开采，井下环境中机械化程度越来越高，矿用液压支架被广泛应用到井下工作面支护保护中[1]。由于井下地质条件的不同，液压支架的种类也相对较多。煤矿企业在液压支架选择过程中存在不合理、不科学、无根据现象，致使井下工作环境的安全性较难得到保障[2]。因此，有必要系统的对矿用液压支架结构类型及选择原则进行分析说明。

1 矿用液压支架结构类型及特点

1.1 液压支架结构类型

液压支架是井下作业过程中用于支护工作面、矿井顶板、隔离并防止碎石进入工作面的支护设备，对井下工作空间起较好的支护和保护作用，同时，可实现对其他推移设备的推动作用。其结构主要由顶梁、底座、推杆、立柱、千斤顶、护帮装置、前后连杆等主要部件组成[3]，如图1所示。

矿用液压支架的结构类型较多，可根据结构特点、使用条件等方面进行分类。

一是按结构特点分类。根据矿用液压支架的结构特点，可将其分为掩护式、支撑式、支撑掩护式；其中，掩护式主要包括将立柱支撑在顶梁上、立柱支撑在掩护梁上、立柱和千斤顶共同掩护；而支撑式主要包括节式支架和垛式支架。

二是按使用条件分类。根据使用高度，液压支架可分为薄煤层（d≤1.3m）支架、中厚煤层（1.3m≤d＜3.5m）支架、厚煤层（d≥3.5m）支架；根据液压支架使用倾斜角度可分为急倾斜工作面（θ≥45°）支架、倾斜工作面（25°≤θ＜45°）支架、缓倾斜工作面（θ＜25°）支架[4]。

1.2 液压支架特点分析

液压支架中支撑掩护式支架集成了支撑式支架和掩护式支架的特点，其结构上拥有两排立柱，其中一根立柱能倾斜，可实现对井下工作面的支撑和掩护作用，对工作面的整体支撑力较大，具有较高的防护性能和稳定性，可用于底板较硬的中厚煤层。但该结构具有升降速度较慢，立柱受力不均匀、支撑范围较小和支撑效果较差等缺点，且整套产品的生产成本较高，不适用于较厚的煤层开采。

图1 矿用液压支架结构组成图

2 矿用液压支架与围岩的关系

煤矿环境中的围岩主要是由煤层中的基本顶、直接顶及底板等结构组成，其整体性能直接决定着液压支架的结构类型和型号。液压支架与围岩关系如下页图2所示。由于在工作面内底板会因卸载作用而发生向上鼓起变形，而直接顶发生向下变形，导致整个围岩的直接顶发生变形、断裂或其他变形现象，此时，液压支架将根据围岩的变形情况和变形程度进行合理选择并正确安装[5]。因此，液压支架在前期设计过程中，应以与围岩的作用关系作为理论依据，由此设计出支撑掩护效果好、能对围岩起到较好保护作用、符合工程实际需求、综合性能和经济性优的液压支架，保证工作面不发生片帮和冒顶现象。同时，要求所设计的液压支架的护顶装置具有较高的可靠性和支撑力，能较好地根据围岩运动规律进行支护保护，保证井下作业的生产安全。

3 矿用液压支架选择原则

井下工作过程中，选择正确合理的矿用液压支架，将直接影响井下作业的生产效率和生产安全。因此，液压支架在选择过程中因考虑煤矿环境中的地质条件对支架的影响情况和支架整体结构的力学性能对围岩的适应情况和符合性。

图2 矿用液压支架与围岩的关系示意图

1）在液压支架选择过程中，应根据围岩的种类进行初步选择，主要参考围岩顶板的级别。若围岩顶板的稳定性和承载能力处于中等偏下水平，可选用掩护式液压支架；若围岩顶板的稳定性和承压能力较强，可选择支撑掩护式液压支架。同时，考虑到井下环境的复杂性和特殊性，为保证井下作业安全，可选用多种类型的液压支架进行混合支护使用。

2）可根据煤层的厚度和倾斜角度进行选择。若煤层的厚度超过2.8m且厚度不均匀范围较大，宜选择具有较大可调功能的掩护式液压支架；若煤层厚度达到2.5m且顶板收到横向和水平作业力时，宜选择具有较强抗扭矩和结构强度较大的液压支架；若煤层的倾斜角度超过15°，应选择具有防倒滑功能的液压支架。

3）液压支架的选择还应结合井下环境和煤层地质条件等工程实际进行理论计算，计算工作面各处的压力、井道中的通风速度及井下瓦斯浓度进行选择设计，以理论计算为基础，结合工程实际和相关法规，以此完成对矿用液压支架的选择。

4）在液压支架选择时还应考虑产品的经济性，在满足井下作业环境使用要求条件下，选择适用范围较广、经济成本较低的液压支架，以降低企业的成本支出，从而获得较高的经济收益。

4 液压支架的力学性能和适用环境

在考虑围岩顶板、煤层条件和经济性成本基础上，对液压支架力学性能及不同适用环境进行了归纳分析[6]，如表1所示。

表1 液压支架力学性能和适用环境

5 结语

在液压支架选择时，应主要考虑煤层条件、支架结构性能及经济成本等因素，以实现对井下支护的保护，保证井下作业安全，提高企业的经济收益。