放頂煤液壓支架的創(chuàng)新與發(fā)展探究

王軍

（東華重工裝備制造有限公司，山東 濟(jì)寧 273500）

從20世紀(jì)80年代以來，放頂煤液壓支架的發(fā)展過程包括了高、中、正的發(fā)展歷程，在此其中綜采技術(shù)主要指的是對較厚煤層的開采技術(shù)。放頂煤液壓支架技術(shù)開采的進(jìn)步都受框架發(fā)展的影響，同時放頂煤液壓支架的技術(shù)進(jìn)步推動了整個煤炭開采行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。下圖（圖1）展示的是四種不同類型的放頂煤液壓支架。

圖1 各種放頂煤液壓支架

1 放頂煤液壓支架的簡述

在經(jīng)過20多年的研究和發(fā)展基礎(chǔ)上，放頂煤液壓支架的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，目前我國已?jīng)是全球放頂煤液壓支架研究和發(fā)展方面最突出的國家。由于放頂煤液壓支架的研究進(jìn)展迅速使得煤炭開采行業(yè)的技術(shù)和工藝逐漸進(jìn)入了更高的水平。在采煤機(jī)的使用過程中利用放頂煤液壓支架技術(shù)支持使得采煤工程機(jī)械化水平越來越高，放頂煤液壓支架的主要功能包括支撐、切頂、移送等功能，由于其構(gòu)成要件主要為金屬材質(zhì)，生產(chǎn)動力主要來自于高壓液體，同時，放頂煤液壓支架在煤炭的開采過程中具有較強(qiáng)的安全性，在執(zhí)行能力、支護(hù)方面等都有較高的優(yōu)勢。

1.1 放頂煤液壓支架的主要類型

落煤窗式液壓支架主要包括掩護(hù)式和支撐式兩種結(jié)構(gòu)，同時又可以分為單機(jī)輸送和雙機(jī)輸送兩種類型。掩護(hù)尾梁插板式放頂煤液壓支架，主要以支撐掩護(hù)為主，同時又包括正四聯(lián)桿式和反四聯(lián)桿式這兩種形式。這是目前為止，主要的兩種放頂煤液壓支架。

1.2 放頂煤液壓支架使用過程中存在的主要問題

目前我國采用的綜采技術(shù)方式對于成熟的采煤技術(shù)來說并不完全適用，同時放頂煤液壓支架在機(jī)械的水平控制方面，還有一定的發(fā)展空間，其中包括機(jī)械的制造工藝、高強(qiáng)度材料的使用、整機(jī)的輕量化及其功能性方面，雖然在這些方面都取得了很大的進(jìn)步，但是相較于國外一些發(fā)達(dá)國家還是有很大的進(jìn)步空間。

2 放頂煤液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀

在較厚的煤層開采過程中，尤其是超過10米的煤層，可以結(jié)合大采高綜放液壓支架開采的技術(shù)和頂煤液壓支架的設(shè)備支持。在這過程中由于采煤的技術(shù)使用了全面機(jī)械化的方式，采煤厚度往往能夠達(dá)到12米及以上，這就會大大提高出煤量。

2.1 大采高綜放液壓支架的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，在使用了全機(jī)械化液壓支護(hù)的開采技術(shù)結(jié)合之后使得采煤場所的面積和方向明顯的擴(kuò)大，同時巖壓也有了顯著的增加現(xiàn)象。在這種情況下，支架的安全性能對于頂梁的支撐性方面的要求就會更加高。

在大采高綜采工作區(qū)，為了控制煤側(cè)壁的片幫發(fā)生概率，一般會使用以下的解決措施：對支架的最開始的工作加大支護(hù)的阻力，增強(qiáng)主動支護(hù)頂板的工作性能。在有壓力的框架進(jìn)行移動時需要對頂板進(jìn)行支護(hù)，使用頂板和頂煤的支護(hù)方式可以使其有較強(qiáng)的接觸能力，從而加強(qiáng)整個結(jié)構(gòu)的支撐方式。傳統(tǒng)的綜采技術(shù)在采煤的過程中液壓支架裝備方面有護(hù)幫板，護(hù)幫板的使用可以在煤壁的附近增加一些片幫的約束力，假如在采煤工作中有頂板破碎或者工作狀態(tài)異常就應(yīng)該及時的采取科學(xué)合理的方法來進(jìn)行維護(hù)，主要方式有減小剪切的深度或者加固煤壁，同時在剪切的過程中加強(qiáng)其牽引的速度，利用這樣的解決方式，可以有效的降低破碎的發(fā)生。

2.2 反四連桿液壓支架

反四連桿液壓支架，是目前為止我國自主研發(fā)的一款放頂煤液壓支架，這種支架，在使用的過程中能夠?qū)笈诺牧⒅g的受力不均勻現(xiàn)象進(jìn)行衡量，有更好的物理方面的力學(xué)知識支撐，這就會使后期的放煤速度和放煤空間能夠有效的擴(kuò)展。同時反四連桿液壓支架還能夠?qū)θ诵械肋M(jìn)行及時的調(diào)整和衡量，在采煤施工的過程中，隨著工程的進(jìn)度人行道也會發(fā)生改變。但是其也有缺點(diǎn)，就是在受到阻力時這種支架構(gòu)造在結(jié)構(gòu)布置方面的施展空間較為有限。

2.3 單擺桿液壓支架

單擺桿液壓支架主要使用在一些中小型煤礦的開采過程中，其也有較高的優(yōu)勢，例如投資少、質(zhì)量輕、操作方式簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是單擺桿液壓支架在軟頂煤的控制方面能力不太突出，同時其穩(wěn)定性和強(qiáng)度方面性能比較低，在采煤技術(shù)方面有較大的限制空間。由此可見，單擺桿液壓支架在煤礦的開采中是屬于輕型的支架。

3 放頂煤液壓支架的發(fā)展探析

隨著煤炭資源行業(yè)的不斷發(fā)展，在全國范圍內(nèi)老礦區(qū)已經(jīng)呈現(xiàn)出資源枯竭的現(xiàn)象，這就導(dǎo)致一些大型綜采機(jī)械的開采適應(yīng)能力變差。在采煤工作中，這些角煤不能夠使用大面積的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行操作。與此同時一些中小型煤礦的通道比較狹窄，這在大型機(jī)械的開采過程中也有了一定的限制。針對這些煤炭資源開采過程中遇到的問題，相關(guān)的學(xué)者已經(jīng)研發(fā)出了一系列的組合式線性放頂煤液壓千斤頂，同時在國內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)呈現(xiàn)出前途光明的趨勢，尤其是在一些西北的偏遠(yuǎn)地區(qū)的煤礦中，使用效果非常顯著。

3.1 分體組合式直線型放頂煤液壓支架的特點(diǎn)

分體組合式直線型放頂煤液壓支架具有底座、尾梁和護(hù)幫板這些結(jié)構(gòu)特征。這些結(jié)構(gòu)可以在頂板發(fā)生不平衡現(xiàn)象時進(jìn)行一定的衡量，分體式頂梁和底座的使用方式主要為連接箱和后拉桿構(gòu)成,如圖2所示。

圖2 分體組合式直線型放頂煤液壓支架

3.2 分體組合式直線型放頂煤液壓支架適應(yīng)性和穩(wěn)定性分析

（1）適應(yīng)性分析。分體組合式直線型放頂煤液壓支架在適用性方面，首先組合梁的上梁在運(yùn)動時的過程中或者是伸縮盒的穩(wěn)定性發(fā)生變化，在正常的情況下，它的運(yùn)動軌跡是垂直的，同時支撐柱的平衡能力一直是保持最理想的工作狀態(tài)。但是由于煤礦礦井中的工作環(huán)境復(fù)雜，在使用的過程中，分體組合式直線型放頂煤液壓支架的頂部尺寸和它的位置都會發(fā)生一定的變化。這些不同尺寸和不同方向的支架，對整個液壓支架的開采設(shè)備有一定的支撐能力。

（2）穩(wěn)定性分析。在分體式組合直線型放頂煤液壓支架的穩(wěn)定性方面，如果在整個采煤工程中使用了整體的支架，就會導(dǎo)致煤炭施工面的每一層傾斜重心和底板就會發(fā)生變化，將其垂直線的交點(diǎn)改變，同時推到基座的外邊緣，從而造成支架的傾斜，或者倒架。所以在使用的過程中如果發(fā)現(xiàn)煤層有傾斜的現(xiàn)象發(fā)生，就要及時的對支架進(jìn)行扶正。與整體的支架方式相比，分體式支架的穩(wěn)定性更加堅固，同時在前后支柱的中間具有伸縮和穩(wěn)定的方式，伸縮機(jī)構(gòu)在上梁的銜接點(diǎn)的位置就會使支架的穩(wěn)定性不斷加強(qiáng)。

4 放頂煤液壓支架發(fā)展方向

煤炭資源的開采過程中使用綜采成套機(jī)械設(shè)備可以為整個煤炭行業(yè)創(chuàng)造更加高效的利潤，同時使得煤炭開采過程中更加安全，由于這種綜采成套設(shè)備的機(jī)械化程度高，安全性能強(qiáng)等優(yōu)勢，已經(jīng)在全國范圍內(nèi)的煤炭開采中越來越被更多的人所認(rèn)可。除此之外，對煤炭開采技術(shù)中放頂煤液壓支架的智能化方向進(jìn)行研究，主要有以下的幾個方面表現(xiàn)：首先，研究智能化放頂煤煤巖識別系統(tǒng)。目前的綜采工作，智能化程度已經(jīng)有較大的提高，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。目前影響綜采智能化工作發(fā)展的主要因素是放頂煤液壓裝置方面的智能化程度不夠高，所以在放頂煤液壓裝置方面，還需要進(jìn)行一定的研究。對放頂煤液壓裝置系統(tǒng)進(jìn)行研究，對于整個煤礦的開采工作來說，能夠提高工作效率、縮短工作時間、提高煤炭的開采率、加強(qiáng)煤礦的安全工作等方面都有顯著的成效。其次是放頂煤液壓輕型支架的開發(fā)。伴隨著越來越多煤炭資源的枯竭和目前為止采煤工藝和技術(shù)的發(fā)展滯后問題，大多數(shù)的煤礦都沒有完全開采完畢，有很多的邊角煤和煤柱都沒有及時進(jìn)行回收，這時候分體組合式放頂煤支架如果能夠和輕型放頂煤支架進(jìn)行結(jié)合的話，在一些小型的煤礦或者是一些資源馬上枯竭的礦井的開采過程中就能夠提供一些有效的解決措施，幫助這些小型煤礦開采出更多的煤炭資源。

5 結(jié)語

綜上所述，在煤炭的開采過程中，利用綜采的開采方式，和液壓支架的設(shè)備機(jī)械支持對于煤炭的開采來說有著舉足輕重的作用，能夠促進(jìn)煤炭行業(yè)的整體發(fā)展。在液壓支架的使用過程中，尤其是放頂煤液壓支架的使用，對于整個煤炭的開采工作來說，能夠?qū)ζ涓玫倪M(jìn)行平衡力的控制和大型機(jī)械的支撐支護(hù)，對煤礦的開采工作和煤礦的安全施工方面起到了重要的作用，在促進(jìn)行業(yè)綠色發(fā)展的同時，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。