放頂煤液壓支架的創(chuàng)新與發(fā)展

車候衛(wèi)

摘要：隨著我國放頂煤技術(shù)逐漸發(fā)展，其液壓支架取得了許多創(chuàng)新成果，液壓支架的研制工作發(fā)展很快，由基本依靠進(jìn)口，發(fā)展到自行設(shè)計、自行制造，且品種繁多、功能齊全、質(zhì)量可靠，文章分析了放頂煤液壓支架的創(chuàng)新成果，闡述最新發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：放頂煤；液壓支架；煤礦開采

中圖分類號：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0092-02

1 放頂煤液壓支架的創(chuàng)新成果

近三十年來，放頂煤技術(shù)經(jīng)過長期發(fā)展，基本淘汰了高位放煤與中位放煤?，F(xiàn)階段，我國綜放工作主要選擇低位放煤技術(shù)，液壓支架采用正四連桿與反四連桿四柱、兩柱掩護(hù)式與單擺桿支架，這集中支架類型開采具有獨(dú)特作用，取得良好效果。

首先，正四連桿四柱液壓支架。該支架類型在綜放工作面廣泛運(yùn)用，且獲得極大成功，屬于主導(dǎo)成熟支架類型，該支架的主要優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性與支護(hù)能力強(qiáng)、高產(chǎn)能力與操作能力強(qiáng)、人性通道寬，但前后排立柱存在受力不均大多問題，無法充分發(fā)揮支護(hù)能力，特別是在放煤時更加突出，有時會出現(xiàn)拔后柱問題，對工作面推進(jìn)造成嚴(yán)重影響。隨著逐漸深入認(rèn)識、完善該液壓支架的受力結(jié)構(gòu)與使用條件，正四聯(lián)四柱正逐漸擴(kuò)大其使用范圍。

其次，反四聯(lián)感四柱液壓支架。作為我國自主研發(fā)的液壓支架，改進(jìn)前后排立柱的受力問題，具有良好的力學(xué)特性，擴(kuò)大其后部放煤空間，增加了定煤采出率、煤效率，隨著采高變化，其人行道也隨之變化，當(dāng)遇到大阻力時，難以布置結(jié)構(gòu)，該支架主要作為綜放過渡架使用。

第三，單擺桿液壓支架。該支架主要用于中小煤礦，具有投資少、質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn)，且易于操作，提升開采機(jī)械化程度，缺點(diǎn)在于不能很好控制軟頂煤，支架穩(wěn)定性不高，強(qiáng)度相對較小，缺乏進(jìn)一步提升空間，該支架是一種煤礦開采的輕型支架。

第四，掩護(hù)式兩柱液壓支架。一般放頂煤液壓支架，頂梁后部連接掩護(hù)梁，掩護(hù)梁后部連接尾梁，掩護(hù)梁通過前后連桿和底座連接，而輕型放頂煤液壓支架，頂梁和掩護(hù)梁設(shè)計為一個整體結(jié)構(gòu)，后部與尾梁連接，頂梁通過擺桿和底座相連。

作為我國新型液壓支架，主要適用于圍巖開采，屬于單排立柱，可解決受力不均問題，提升支護(hù)效率，有利于自動控制電液。現(xiàn)階段，掩護(hù)式兩柱液壓支架廣泛應(yīng)用于我國的十幾個礦井，提升了綜放自動化效率，為綜放高效、高層開采提供科學(xué)保障，屬于工作面新架型，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 放頂煤液壓支架的創(chuàng)新發(fā)展

當(dāng)我國處于“十一五”規(guī)劃期間時，屬于煤礦開采技術(shù)的高速發(fā)展時期，綜放裝備研發(fā)獲得巨大成果，因我國地理?xiàng)l件優(yōu)越，幅員遼闊，煤層開采條件具有多樣性特點(diǎn)，使得綜放技術(shù)多樣化發(fā)展，“十一五”作為放頂煤液壓支架的高速發(fā)展時期，也是中小煤礦的輕型液壓支架、成套裝備的發(fā)展階段。

首先，大采高液壓支架。針對14m～20m特厚煤層，通常需一次采全高，因此需要大采高綜放，研發(fā)出5.0m的大采高液壓支架、成套設(shè)備，使一次性開采厚度可達(dá)20m，生產(chǎn)能力達(dá)到1000萬t/a。其一，大采高綜放技術(shù)。提升了支架工作阻力，通過實(shí)踐表明，加大液壓支架采高之后，顯著擴(kuò)大了圍巖的橫向活動范圍與縱向活動范圍，增加了礦壓，而5.0m大采高解決了工作阻力問題，增加支架前端、后端的失穩(wěn)，提升了回轉(zhuǎn)能力，達(dá)到了液壓支護(hù)要求；其二，控制煤壁片幫。通過提升液壓支架初撐力，使支撐頂板主動性提高，降低頂板對煤壁垂直壓力，確保煤壁完整，可有效抑制片幫。同時，利用帶壓移架，可及時支護(hù)頂板，確保頂板與頂梁能夠良好接觸，降低煤壁的前方支撐力，防止發(fā)生煤壁片幫，降低煤壁皮幫程度。另外，通過設(shè)置護(hù)幫板，與煤壁緊密牢靠，提升側(cè)向約束力，從而降低煤壁片幫程度。處于異常情況時，可實(shí)現(xiàn)對煤壁片幫的控制，若工作面出現(xiàn)冒頂，遭遇到異常帶，可通過降低采高，加固煤壁，降低采煤機(jī)截深，提升采煤機(jī)的牽引速度，進(jìn)而降低片幫程度，若條件允許，可選擇俯斜開采；其三，大采高液壓支架具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，針對5.0m大采高液壓支架而言，通過優(yōu)化四連桿參數(shù)，提升支架初撐力，擴(kuò)大中心距，縮短徑向與軸孔間隙，增加前梁缸徑，采取二級護(hù)幫方式，提升大采高液壓支架的穩(wěn)定性；其四，中通式與雙前后連桿液壓支架，具有大空間、穩(wěn)定性優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計5.0m大采高液壓支架時，設(shè)計中通式與雙前后連桿液壓支架，可提升抗扭能力，通過后雙與前雙，防止傳統(tǒng)液壓支架的后單與前雙問題，極大提升了前后連桿剛性，降低連桿變形量，減少了掩護(hù)梁與頂梁的偏移量，提升了大采高穩(wěn)定性。另外，前后連桿具有較大人行通道，維修人員通過人行通道，可直接到達(dá)支架后部，實(shí)施維修作業(yè)。同時，操作人員通過人行通道，對放煤狀況進(jìn)行動態(tài)觀察，提升回采率、放煤精度；其五，選擇抗沖擊立柱。通過大量實(shí)踐證明，當(dāng)大采高液壓支架在運(yùn)行時，時常受到?jīng)_擊負(fù)荷作用，為確保高效、安全的工作面，需采用抗沖擊性強(qiáng)的立柱，為提升立柱抵抗能力，可增加外缸外壁直徑、中缸缸壁厚度，設(shè)置旁路安全閥，提升安全閥流量，當(dāng)支架遇到?jīng)_擊負(fù)荷時，可實(shí)現(xiàn)迅速泄液。盡量擴(kuò)大緩沖液體體積，進(jìn)而提升立柱的緩沖能力?？茖W(xué)設(shè)計立柱機(jī)構(gòu)，降低立柱壓縮剛度，使立柱的振動周期有所延長。合理采用立柱型式，選擇雙伸縮立柱與單伸縮立柱，選擇綜合減重方法?？偠灾捎诖蟛筛咭簤褐Ъ芫哂匈|(zhì)量大、高度大、阻力大等特點(diǎn)，且難以運(yùn)輸安裝，必須實(shí)施總體優(yōu)化設(shè)計，選擇高強(qiáng)度材料，運(yùn)用可靠工藝技術(shù)，降低支架質(zhì)量。

其次，直線型與分體組合式液壓支架。由于煤炭開采深度不斷增加，大多數(shù)礦區(qū)殘留許多煤柱、小塊段煤與邊角煤，若布置正規(guī)工作面，難以實(shí)施回采與綜采。若采用大型綜采設(shè)備，難以適應(yīng)邊角煤，無法發(fā)揮應(yīng)有效率。對于中小煤礦，因其巷道狹窄，選擇大型設(shè)備必然受到限制，為達(dá)到邊角小塊、中小煤礦的放頂煤生產(chǎn)需求，研制出直線型與分體組合式液壓支架，并廣泛應(yīng)用于西山、新疆、晉城等礦區(qū)。其一，支架特點(diǎn)。對于該支架而言，頂梁與尾梁、底座與護(hù)幫板，均屬于分體式，防止因頂板不平引起偏載，頂梁與底座利用鉸接，采用前后拉桿與連接箱成為一體。其二，適應(yīng)性與穩(wěn)定性。該支架軌跡作為一條鉛垂直線，其受力始終處于理想狀態(tài)，在井下實(shí)際工況時，支架較為非常復(fù)雜，頂板壓力作用位置、大小，頂板與頂梁接觸也隨機(jī)發(fā)生變化。同時，支架受到不同方向、作用大小的水平荷載。針對分體式頂梁惡言，單片頂梁具有較大長寬比值，頂板與頂梁呈線接觸方式，底板與底座也呈線接觸方式，因此，分體式支架具有極強(qiáng)適應(yīng)性。另外，分體式支架在前后立柱間設(shè)置伸縮箱，頂梁鉸點(diǎn)同伸縮箱接近合力作用點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)承受彎矩、扭矩能力極大提升，同四連桿比較，分體式支架伸縮箱的受力桿件明顯減少，有利于降低支架質(zhì)量，同時也極大提升了縱向穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

液壓支架作為綜采設(shè)備的重要組成部分，它能可靠、有效支撐和控制工作面定案，隔離采空區(qū)，維護(hù)安全作業(yè)空間，避免矸石進(jìn)入回采工作面，推進(jìn)采運(yùn)設(shè)備，同采煤機(jī)配套使用，實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化，解決機(jī)械采煤的頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進(jìn)一步改善與提高了采煤、運(yùn)輸設(shè)備效能，降低煤礦工人的勞動強(qiáng)度，最大限度保證了煤礦工人的生命安全。目前，我國放頂煤液壓支架取得了較大創(chuàng)新成果，未來我們將更深層次思考與研究，進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，研制出更加科學(xué)、可靠的放頂煤液壓支架。

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