浅谈综采工作面液压支架的应用

浅谈综采工作面液压支架的应用

【摘要】工作面支护问题始终是困扰煤矿生产安全、产量和效率的重要问题。因此以液压支架为主要设备的综合机械化（以下简称综采）的诞生和发展是煤矿生产发展史上的一次重大革命。本文通过介绍了液压支架的结构、分类和选型问题，及其在综采工作面中的应用。举例说明了液压支架在使用中存在的问题，并提出了支架液压系统的研究方向。

【关键词】液压支架；综采；应用

综合机械化采煤的实现是与液压支架的使用分不开的，液压支架是综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。

综合机械化的工作面长度一般为100～200 m，是直接开采地下煤层的场所，液压支架沿整个工作面装设，液压支架下铺设有刮板输送机，采煤机骑在输送机上沿工作面方向往复运动，装有截齿的滚筒同时作旋转运动，将壁上的煤炭连续地切割下来（落煤），然后经刮板输送机、转载机和带式输送机运出采煤工作面。液压支架滞后于采煤机沿着垂直于工作面的方向推进，使整个工作面一直在液压支架的保护下。它是综采工作面的支护设备，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机，形成一个安全可靠的采煤空间。液压支架具有支撑顶板、推移输送机、自身推进、防止煤壁垮落（片帮）、实现超前支护，防止相邻支架之间漏落矸石，以及当煤层倾斜角较大（一般为α≥15°）时防止支架下滑等作用。

1 液压支架的结构和分类

图1为液压支架的结构示意图。液压支架的支护功能是通过前柱液压缸6和后柱液压缸5将其前后立柱升起，使顶梁10顶住顶板，防止工作面的顶板垮落。顶梁10和顶板接触之后液压系统压力增加，达到额定工作压力时液压缸产生的总推力称为支架的初撑力。随着时间的推移，煤层顶板下沉，液压系统达到安全阀的调定压力时，前后柱液压缸产生的总推力称为支架的工作阻力。

图1 液压支架的结构示意图

1-护帮机构；2-护帮液压缸；3-前梁液压缸；4-掩护梁；5-后柱液压缸；6-前柱液压缸；7-支架底座；8-推移液压缸；9-刮板输送机；10-顶梁；11-前梁

液压支架手动操作的工作循环：随着采煤机沿运动方向的位移，液压支架应完成相应的动作。每当采煤机经过一架支架，要有4架支架在不同的位置完成不同的动作。①当采煤机趋近第k架支架时，为了让采煤机通过并顺利采煤，应操纵护帮液压缸2，收回护帮机构1；②操纵第（k—1）架的前梁液压缸3，将前梁11伸出，进行超前支护；③操纵第（k—m）架的推移液压缸8，将刮板输送机9推移一个步距；④操纵第（k—r）架，同时完成降下支柱，将支架向前推进

一个步距，再升起支柱，重新达到初撑力。整个工作面的全部液压支架均需随着采煤机的移动按顺序完成上述4个操作，以保证采煤机往返运动连续采煤。

液压支架可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三种类型。支撑式支架又分为垛式和节式两种。支柱的数目有两柱、三柱、四柱、五柱、六柱等。它依靠支柱较大的支撑能力，使采空区内的顶板岩石切断垮落，支护工作空间。掩护式支架主要依靠掩护板把工作面与采空区隔离，防止垮落的矸石窜入工作面。支撑掩护式支架是以支撑为主但又有掩护作用的支架。它既能切断顶板，又能挡矸，兼有支撑式和掩护式支架的优点。

2 影响液压支架选型的因素

影响液压支架选型的因素主要是矿山地质条件，如顶、底板稳定性、煤层厚度、煤层倾角、煤层赋存状况及瓦斯含量等，其中以煤层及顶、底扳稳定性影响最大。

①顶板稳定性

顶板稳定性直接影响支架的架型支护强度，顶板岩性的不同，决定支架的架型的型式，岩层载荷和顶板的稳定性主要影响支架支护强度和顶梁的结构型式。一般讲：煤层顶板稳固平整，应选用支撑式支架；煤质松软、顶板破碎煤层，应选用掩护式支架；而煤层顶板坚硬。则应选用支撑掩护式支架。

②底板稳定性

底板岩石的组成，结构及岩石力学性质是支架选型不可忽视的另一重要条件，底板的稳定性，对支架底座影响颇大。支架架型选取不当，会使支架陷入底板，使移架困难。根据我国煤层底板岩石抗压强度。建议：按《毕业设计指导书》P22表2-l选取支撑式支架。

③煤层厚度

煤层厚度主要影响支架支护强度，煤层厚越大支护强度应越高，煤层厚度大小及变化情况，又决定着支架的结构高度和伸缩范围。

④煤层倾角

煤层倾角主要影响支架稳定性，煤层倾角大则易使支架发生倾倒、下滑等现象。必须采取防倒防滑措施。

⑤煤层埋藏稳定性

实践证明：煤层埋藏越平稳，综采的效果越好。断层及其性质对支架的使用好坏起决定性的影响。若断层落差大，综采设备通不过，断层条数多，综采面搬

家次数多。

⑥煤层瓦斯含量

瓦斯含量大的煤层应采用通风断面大的支架。支撑式液压支架虽然价格便宜，但使用性能远不如掩护式和支撑掩护式液压支架优越。因此，在可能情况下，应优先选用掩护式和支撑掩护式两种架型。

除矿山地质条件外，采矿技术条件，如回采方式、采面长度、采煤机械类型、生产环节等因素对液压支架的造型也有一定的影响。

3 液压支架的使用情况分析

继“六五”期间消化吸收了德国EDW-170-L采煤机技术和英国道梯液压支架，大同矿务局于1986年到1993年进一步加强了对进口设备技术的消化吸收和改进应用，进入了普通综采机电设备国产化阶段。厚煤层分层自动铺联网液压支架是国家“七五”攻关项目，由大同矿务局和北京煤矿机械厂、煤科总院唐山分院、晋城矿务局、煤科总院太原分院等单位于1985年至1990年完成。该液压支架整个铺网过程除运网外均与采场的各项工序联动，实现了自动铺联网综采。该成果攻克了国际采矿业中的一大难题，属国际首创，1993年获国家科技进步一等奖。

在煤峪口矿使用的TZ720支架和PLZ600支架，两年中检修90架，大部分为活塞杆镀层脱落。同时使用的ZFD-4400型和ZPL-600型支架，但ZFD-4400型支架高位放顶煤效果差。

目前，我国自行设计、制造的液压支架品种多、功能全、质量可靠。既有中厚煤层工作面支架，又有支架高度为0.6-1.5m的薄煤层和支架高度为4.5m的厚煤层工作面支架；既有使用于三软（软顶板、软底板、软煤层）地质条件的支架，也有适用于坚硬顶板、工作阻力达7500kN的强力支架，以及各种与工作面支架配套的端头支架：既有开采特厚煤层的放顶煤支架，也有用于分层开采的带有联网机构的铺网支架。

4 液压支架的研究方向

今后，我国的液压支架将朝技术含量大、钢板强度高、移架速度快和电液控制阀的方向发展，对有破碎带和断层的工作面将加大支架的移架力，尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构，并减少千斤顶的数量。另外，将普遍采用额定压力为40MPa、额定流量为400L/min的高压大流量乳化液泵站，以适应快速移架的需要；系统采用环形或双向供液，保证支架有足够的压力达到初撑力，保证支架接顶位置准确。ZY两柱掩护式支架的比重将大大增加，缸径将增至Φ360mm，端头支架、轻放多用途支架将被广泛使用。