放顶煤液压支架的创新与发展

李 魏

（霍州煤电吕临能化公司庞庞塔煤矿，山西 临县 033200）

引言

综采开采技术是针对厚煤层传统开采方式进行变革的。自20 世纪80 年代初以来，液压支架的发展历经高、中、正、四枢轴小插板，两立柱式掩护式到大采高低位放顶煤液压支架，框架类型的每一次重要转变都推动了放顶煤开采技术的进步。并且，放顶煤技术的持续进步也推进了放顶煤液压支架的发展。图1 所示为各种液压支架。

图1 各种放顶煤液压支架

1 放顶煤液压支架的最新发展

为了解决10 m 以内厚煤层开采的问题，提出了综放开采并配备液压支架和成套设备。由于采用大采高全机械化开采技术，工作面厚度能够提高到12m，工作面的生产能力超出了1 000 万t/年。

1.1 大采高综放液压支架的关键技术

1）相关研究结果显示，在增加了全机械化液压支护的开采高度之后，工作面水平和垂直方向上围岩活动的面积显著扩大，岩压的发生明显增加。顶梁的不稳定性和旋转不稳定性对梁的前端和后端的支撑要求比较高。

2）在大采高综采工作区，控制煤壁侧大面积片帮的主要措施包括：加大支架的初始支护工作阻力，提高主动支护顶板的能力。带有压力的可移动框架及时地对顶板（煤）进行支撑，通过这样的方式让顶梁和顶板（煤）之间有较为理想的接触，这能够降低煤壁前方产生的支撑压力。综采的液压支架配备有护帮板，在煤壁附近使用护帮板会增加煤壁的侧向约束力和煤壁片帮的程度。如果在工作面中存在碎裂或顶板局部冒落等异常区域，则应采取适当的方法来降低采高，减小剪切深度或加固煤壁，并提升剪切及其在牵引上的速度，通过这样的方式降低破碎的程度[1-2]。

1.2 大采高综放液压支架的应用

在大同塔山煤矿以及华亭煤矿等18 m 厚的煤层的开采中也显示出了同样的规则。运用较为坚固的支架提升支架的支护强度，保障安全高效生产。大同塔山矿先后使用了四柱强力支架ZF10000/25/38和ZF13000/25/38。生产实践证明，增加支架的工作阻力大大提高了支架的适应性和效率。塔山矿的日产量创纪录地达到6.9 万t，每月达到165 万t，达到了每年1 000 万t的新目标。

2 新型分体组合式直线型放顶煤液压支架的发展

伴随着煤炭开采技术的持续深化，很多矿区其储量相对较小，大型综采机械对这些角煤的适应性较差，很难采用完全机械化的采矿技术布置规则的工作面。无法发挥其合理的效率。同时，一些中小型煤矿的巷道狭窄，同样也限制了大型机械化采矿设备的使用。为了满足中小型煤矿和小拐角处的综放工作顶煤生产需求，自2006 年以来已开发出一系列组合式线性放顶煤液压千斤顶，并已在国内外开始使用，在新疆金城等一些矿区的使用效果非常理想。

2.1 分体组合式直线型放顶煤液压支架的特点

组合式直线型液压支架的顶梁和底座、尾梁以及护帮板等都属于分体式,这样可以有效防止因为顶板不平衡而出现的偏载,分体式顶梁和底座主要是使用铰接形式分别使用连接箱以及前后拉杆将其联系为一体,如图2 所示。

图2 分体组合式直线型放顶煤液压支架

1）组合式线性液压支柱的顶梁、底梁、后梁和挡煤板均被分开。分开的上横梁和分开的底座通过枢转连接盒和前后拉杆连接，从而避免了因顶板不平整造成的应力和扭曲。

2）组合式线性液压支柱的分割结构，适用于巷道狭窄的矿井，它可以通过拆卸解体后运输到工作面后组装安装使用，解决了因支架大整体无法进入井下的问题。

3）伸缩盒支架采用双重稳定机制。分离式基座的中部和后部均设有未覆盖的盒体。伸缩盒与之配合使用并在其中滑动，伸缩盒的孔端铰接到上梁的腹耳上，以确保支架的稳定性。稳定机构具有结构紧凑、质量轻的优点。

2.2 分体组合式直线型放顶煤液压支架适应性和稳定性分析

2.2.1 适应性分析

分割之后组合梁的上梁产生的运动以及伸缩盒自身的稳定机构保持的运动相同，同时其自身的轨迹是垂直的，并且支撑柱的力始终接近理想状态。但是，井下实际的工作条件非常复杂。其顶部尺寸以及位置都会产生变化，并且顶部光束部也都会产生变化。另外，对于不同尺寸以及方向支架还能够对其水平负载给予支撑。对于分离式顶梁，一体式顶梁具有较大的纵横比。

2.2.2 稳定性分析

如果使用整体支架，工作面的煤层倾斜将重心和底板的垂直线的交点推到基座的外边缘，这样会导致支架倾斜或者倒架。如果煤层倾角大于15°，必须防止支架倒架。与整体式支架相比，分体式支架侧向的稳定性比较理想，在前后支柱中间分体式支架有伸缩稳定机构，伸缩机构与上横梁的铰接点靠近上横梁合力的位置，大大提高了稳定性。

3 放顶煤液压支架发展方向

综采成套设备的研发为高产高效的煤炭生产创造了条件，在使用上更加安全，因此综合机械化开采方式在全国煤炭开采中得到广泛应用。除此之外开发适应性较好的智能化新型放顶煤液压支架将是以后的发展方向，具体从以下两个方面说明：

1）研发智能化放顶煤煤岩识别系统。智能化综采工作面现在基本能实现远程或者地面控制，但是现在影响智能化综放工作面建设的是放顶煤工序不能实现煤岩识别智能化放顶煤，还需要在此项工序中进行人工干预。研发此系统的意义在于从时间、回收率、安全方面实现安全、高产、高效，这对于提升矿井的安全水平将起到关键作用。

2）为放顶煤进行轻型液压支架的开发。随着老矿井的资源枯竭和采煤工艺的落后，有些矿井有很多边角煤、煤柱不能成功回收或者回收率比较低，分体组合式放顶煤支架如果能结合轻型放顶煤支架相结合进行研发，可以为小型矿井及一些资源枯竭的矿井回收边角煤和煤柱提供一些思路和办法[3-4]。