關于放頂煤液壓支架的探討

吳建新

（山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033600）

引言

在煤礦開采過程中，放頂煤液壓支架所發(fā)揮的作用是不可替代的，它能夠推動煤礦開采朝著全新的方向發(fā)展。雖然綜采技術在我國得到了廣泛的應用，但是缺乏與之相匹配的放頂煤液壓支架。實際上，放頂煤液壓支架主要是由液壓元件和金屬構件等部分組成，借助高壓液體提供的動力來完成其移動，可以確保煤礦開采工作的順利進行。

1 放頂煤液壓支架的類型

1.1 正四連桿液壓支架

在綜放工作面中，正四連桿液壓支架得到了廣泛的應用，具有非常好的操作性、穩(wěn)定性和高產(chǎn)能力，而且在實際應用過程中具有非常好的人性化優(yōu)勢，因此發(fā)展前景良好。然而，由于正四連桿柱液壓支架在使用過程中，可能會出現(xiàn)因前后排立柱受力不平衡現(xiàn)象而無法更好地發(fā)揮其優(yōu)勢等問題，該問題在放煤環(huán)節(jié)比較明顯。在正四連桿液壓支架使用過程中，一旦出現(xiàn)拔后柱問題，將會對采煤工作面的順利推進產(chǎn)生不利影響。

1.2 反四連桿液壓支架

反四連桿液壓支架是由我國自主研發(fā)的一類支架，與正四連桿柱液壓支架進行對比后可以發(fā)現(xiàn)，該液壓支架能夠確保前后排立柱均衡受力，這樣既可以更好地發(fā)揮其力學性能，而且還可以有效擴展液壓支架后部放煤的空間。同時，反四連桿液壓支架還可以對人行道的采高進行科學、合理的調整，以便隨著采煤工作面的推動，人行道采高能夠隨之發(fā)生改變。但是，在反四連桿液壓支架使用過程中，如果遇到一定的阻力時，該支架的使用效果會大打折扣，因此在綜放工作面中，反四連桿液壓支架被更多地應用于過渡環(huán)節(jié)。

1.3 單擺桿液壓支架

由于單擺桿液壓支架具有質量輕、投入低、操作便利等優(yōu)點，因此在中小煤礦開采中得到了廣泛的應用，其可以使煤礦開采的機械化得到有效提升。但是，在軟頂煤方面，單擺桿液壓支架具有非常差的控制能力，而且強度和穩(wěn)定性也較低，因此需要根據(jù)實際情況對其進行選擇和應用。

1.4 兩柱掩護式液壓支架

兩柱掩護式液壓支架屬于新型液壓支架，其一般被應用于圍巖開采之中，屬于單排立柱，能夠使受力不均衡問題得到有效解決，在一定程度上提高了放頂煤支護的效率。通常情況下，兩柱掩護式液壓支架會先在頂梁后部連接掩護梁，然后繼續(xù)在掩護梁后接尾梁，該過程中最好把輕型支架中的掩護梁和頂梁設計成一體，并保證尾梁和后部進行有效的連接。應用兩柱掩護式液壓支架，既能夠有效提升其綜放效率，而且還可以優(yōu)化綜采流程，因此兩柱掩護式液壓支架具有非常好的應用前景。

2 放頂煤液壓支架的應用

2.1 大采高液壓支架

在進行煤礦開采過程中，對于14～20 m的特厚煤層，一般要求一次采全高，此時就需要選擇大采高液壓支架，其一次性開采煤層厚度可以達到20 m，具有非常強的生產(chǎn)能力[1]。

1）大采高綜放技術。通過實踐表明，大采高液壓支架可以有效擴大圍巖的縱向活動與橫向活動范圍，并且還能夠解決工作阻力問題，在增加礦壓的同時，有效提升支架的回轉能力，以更好地滿足煤礦開采的支護要求。

2）控制煤壁片幫。在放頂煤開采過程中，在提升液壓支架初撐力的同時，不僅能夠提高支撐頂板主動性，而且還可以使頂板對煤壁所產(chǎn)生的垂直壓力降低，從而確保煤壁的完整性，以達到控制煤壁片幫的目的。同時，借助帶壓移架，還能夠完成對頂板的及時、有效支護，保證頂梁與頂板的良好接觸，使煤壁的前方支撐力大大降低，進而避免了煤壁片幫發(fā)生的概率和程度。此外，通過護幫板的設置，還能夠使支架與煤壁緊密結合，使其側向約束力得到有效提升，并降低煤壁片幫程度。如果在煤礦開采過程中，遇到工作面冒頂現(xiàn)象時，會產(chǎn)生異常帶，此時可以通過加固煤壁、降低采高和采煤機截深的方式來使采煤機的牽引速度得到有效提升，如果條件允許，也可以選擇俯斜開采方式進行煤礦開采。

3）具有較強穩(wěn)定性。對5.0 m大采高液壓支架進行分析后發(fā)現(xiàn)，在對其四連桿參數(shù)進行優(yōu)化后，不僅可以有效擴大中心距，提升支架初撐力，而且還可以縮短軸孔與徑向之間的間隙，并提升前梁缸徑，從而使大采高液壓支架的穩(wěn)定性得到有效提升[2]。

4）雙前后與中通式連桿液壓支架具有穩(wěn)定性高、空間大的優(yōu)點，其不僅可以有效提高放頂煤液壓支架的抗扭能力，而且還可以避免傳統(tǒng)液壓支架出現(xiàn)前雙與后單問題，確保前后連桿的剛性，在對連桿變形量進行控制的同時，可以有效降低頂梁與掩護梁的偏移量，從而使大采高穩(wěn)定性得到明顯提升。

5）選擇抗沖擊立柱。當大采高液壓支架處于正常工作過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生沖擊負荷，此時為了確保煤礦開采的安全、高效進行，就需要選擇具有一定抗沖擊性能的立柱，其既能夠有效提升立柱的抵抗能力，而且還可以適當增加中缸缸壁厚度和外缸外壁直徑，進而達到提升安全閥流量的目的。通過對立柱機構給予科學、合理的設計，還可以使立柱壓縮剛度降低，有效延長立柱的振動周期。

總之，大采高液壓支架（圖1）具有體積小、質量小、采煤阻力小、采煤高度大等特點，因此在放頂煤開采過程中得到了廣泛的應用，但是在具體應用階段，其運輸難度比較大，需要根據(jù)實際情況對其進行優(yōu)化設計，并盡可能選擇高強度材料，借助先進的、可靠的技術手段增強大采高液壓支架的質量得與性能。

2.2 直線型與分體組合式液壓支架

通常情況下，煤礦區(qū)內(nèi)存在大量的小塊段煤、煤柱和邊角煤等問題，其會對采煤工作面的布置產(chǎn)生一定的影響，同時也會對采煤工作面的綜放工作與回收工作產(chǎn)生或多或少的影響。此時如果簡單地選擇較大的綜放設備，將會無法滿足邊角煤開采要求，導致其采煤效率降低。在對中小型煤礦進行開采時，大型綜放設備也無法在狹窄的巷道中通過，此時就可以選擇直線型與分體組合式液壓支架（圖2），其特點為直線型與分體組合式[3]。該類型液壓支架的底座與護幫板、頂梁與尾梁是分體的，并通過鉸接的方式來使頂梁與底座進行有效地連接，避免由于頂板不平而誘發(fā)偏載問題。具有比較強的適應性、穩(wěn)定性，一條鉛垂直線可以作為直線型與分體組合式液壓支架的工作軌跡，并產(chǎn)生比較良好的受力狀態(tài)。但是在具體應用過程中，該液壓支架具有非常高的復雜性和隨機性，而且頂板壓力大小、作用位置、接觸頂梁情況等都會對液壓支架的運行產(chǎn)生影響，因此在放頂煤開采過程中要對其給予重視。

圖1 大采高液壓支架

圖2 直線型與分體組合式液壓支架

3 結語

在放頂煤開采過程中，液壓支架是不可或缺的組成部分，不僅能夠對工作面給予安全、可靠的支撐，而且還可以對采空區(qū)進行有效的隔離，避免煤矸石進入采煤工作面，進而實現(xiàn)采煤綜合機械化，在一定程度上提高了煤礦開采的效率。