掩护式及支撑掩护式液压支架特性及工作状况分析

掩护式及支撑掩护式液压支架特性及工作状况分析

当前，综合机械化采煤技术在我国迅速推广，许多地方和矿属的机械厂都纷纷制造采煤机和液压支架，许多中小型矿井甚至地方煤矿都采用了综合机械化采煤技术。液压支架是综合机械化采煤的主要设备之一，为帮助煤矿工程技术人员、管理人员和技术工人了解和更好地使用液压支架，本文对掩护式及支撑掩护式液压支架工作原理、特性曲线及支撑能力进行分析。

1、掩护式及支撑掩护式液压支架类型

2、掩护式及支撑掩护式液压支架工作原理

掩护式及支撑掩护式液压支架有单铰式与双铰式两种主要类型。单铰掩护式支架随采高的变化，顶梁尖端（铰点）围绕支架的后铰点作圆弧运动，因此支架的空顶距随采高的变化而变化，使支架前端无支护空间增大，不利于顶板控制。

见图2-1a）

采用带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式），随采高的变化顶梁尖端的运动曲线为双纽线，根据双纽线的特点，在设计中可以使顶梁尖端在采高范围内呈近似垂直层面的直线运动，以保证在支架有效采高范围内，使顶梁尖端距煤壁的距离不变。此外，带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式）具有承受水平力的能力。（见图2-1b）

液压支架的液压系统由立柱、推移千斤顶、操纵阀、控制阀（安全阀、液

控单向阀）、软管等组成。（见图2－2）

通过操纵阀和控制阀，液压支架可完成以下动作（立即支护式）：

a.降柱、拉架：采煤机通过该支架、顶板暴露后，立即降柱、拉架；

b.升柱：支架被拉到新位置后，升柱，使支架撑紧顶板；

c.推溜：支架撑紧顶板后，利用推移千斤顶推溜。

初撑力与工作阻力（屈服载荷）：

升柱后，高压液体进入液压支架各立柱的活塞腔，立柱逐渐升起直至顶梁与顶板紧

密接触为止；与此同时，在立柱活塞腔内的高压液体的压力迅速增大到液压泵的工作压力。当高压液体充满活塞腔时，液控单向阀关闭，将高压液体锁在活塞腔内。此时，工作在泵的工作压力下的高压液体压力称初撑压力，支架（所有立柱）对顶板的支撑力称初撑力。

支架达到初撑力后，顶板不断下沉，活塞腔的体积不断变小，活塞腔内高压液体的压力不断增大。为保护液压支架的立柱不被高压液体损坏，在活塞腔的液压回路中设安全阀（又称屈服阀）。当顶板下沉，活塞下缩到6- 10mm

时，若顶板再继续下沉，安全阀（屈服阀）动作，从活塞腔内放出一点高压液体，使活塞腔内高压液体的压力保持在安全阀调定的压力下。此时，工作在安全阀调定压力下的高压液体压力称安全阀工作压力（屈服压力），支架（所有立柱）对顶板的支撑力称工作阻力（即屈服载荷）。

支架的工作阻力是液压支架的主要参数，工作阻力决定支架结构尺寸，支架的支撑能力。关于支架的工作阻力，有两种观点：

a.加大工作阻力：支架适应性强，可靠性强，使用寿命长，减少使用过程中维修，安全，但制造费用高；

b.支架工作阻力必须与顶板条件相适应，只要支架能控制住整个工作面的顶板下沉与压力，保持控顶区内顶板的完整与可靠即可。加大工作阻力，使支架重量大、造价高、装运使用都不方便。

800t，甚至超过lOOOt。两种观点各有道理，支架的工作阻力有逐渐增大

的趋势，要设计支架系列”目前，工作阻力高达400t初撑力也是液压支架的主要参数，初撑力大，立柱能很快达到工作阻力，减少顶板下沉量，避免顶板的离层，改善支护性能。但初撑力过大易破坏直接顶。

目前：P初=(0.3-0.8) P工,

式中：P初为初撑力；P工为工作阻力。初撑力有增大趋势。

3、掩护式及支撑掩护式液压支架特性曲线

3-1 一个开采循环内支架阻力变化曲线（见图3- 1）

在一个开采循环内支架阻力变化有以下几个阶段：

a.支架前移、重新支撑顶板后，在短时间ta （10-20秒）内达到初撑压力

Ps,（0-S）为支架的初撑阶段；

b.顶板开始下沉，支架的阻力在ta时间内迅速增大直至平衡状态为止，（S- a）为支架阻力迅速增加阶段；

C.当支架与顶板达到相对平衡时，支架阻力处于稳定状态，（a-b）为支架的稳

定阶段；

d.当采煤机接近支架时，支架阻力增大，（b-c）为截割影响阶段;

e.最后，当相邻支架降柱移架时，顶板载荷突然转移到该支架，在很短时间内（一般为1-3分钟），该支架阻力迅速增加，（c-d）为又一次迅速增大阶段;

f.当支架降柱、前移时，其阻力迅速降至零，此阶段为（d-e）。

在一个开采循环内，支架阻力的变化从0经s,a,b,c,d至e。

3-2一个开采循环内支架阻力实际变化曲线（见图3-2）

根据现场实际观测资料分析,在一个开采循环内支架阻力的变化与图3-1

所表达的曲线有时不同。观测表明：不同支架,其阻力变化曲线不同；同一支

架在不同循环内,其阻力变化曲线也不同。一个开采循环内支架阻力变化的实

际曲线,大体上可归纳为以下几类：

a.阻力迅速增大型：如图3- 1a，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力,其特性曲线类似图3- 1 的曲线。

b.阻力迅速增大到工作阻力（屈服载荷）型：如图3- 1b，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大,达到或超过立柱的额定初撑力。此后,立柱的阻力继续增大,很快达到立柱的工作阻力（屈服载荷）。此时,安全阀开启,高压液体从安全阀泄出,随顶板下沉,立柱的阻力不变,直至支架降柱前移为止。

C.阻力迅速增大到工作阻力后，阻力继续增大型：如图3- 1c，当工作面有

周期来压时,工作面顶板压力增大,使该支架处于工作阻力状态,与增大的顶板压力保持平

衡。当相邻的支架降柱、前移时,顶板载荷立即转移到该支架

上，该支架的阻力增大如此之快，以至安全阀还来不及打开释放高压液体，从

而导致支架的工作阻力迅速增大并暂时地高于支架的工作阻力。

d.阻力缓慢增大型：如图3- 1d，支架的阻力在整个循环内不断地、缓慢地增大，但一直未达到其额定的初撑力，只有当相邻支架降柱移架时，支架阻力才达到或超过支架的额定初撑力。该压力变化曲线常常出现在两次周期来压之间。

e.低阻力型：如图3- 1e,支架的阻力在整个循环内都低于其额定的初撑力。

这种情况的出现，常常是因为长壁工作面顶板条件的复杂、支护条件的不同而造成顶板压力的不均匀性。

f.阻力的降低型：如图3- 1f,支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力，此后在整个循环内，支架阻力不但不升高反而逐渐降低，直至降柱、移架为止。评价：

a 型：支架阻力不超过工作阻力，但始终在额定初撑力之上，若能适当地选择初撑力。这是最理想的一种工作状况。

b 型：支架在大部分时间里都处在工作阻力的条件下。若适当设计其工作阻力，且在此工作阻力期间顶板下沉不会引起任何较大的顶板控制问题。这也是较好的工作状况。

c 型类似b 型,只是在邻架降柱、移架时支架阻力才会突然超过工作阻力。因此，这就要求支架采用快速或大流量安全阀。

d、e、f 型，表示支架处于不良的工作状态。

d 型和

e 型，支架阻力在额定初撑力以下，始终也不能达到工作阻力。支架

阻力缓慢增大，可能是由于压碎支架下方的岩石碎屑或底板凹凸不平造成。e型表示顶板条件更加恶劣，可能会在工作面线前方引起支承压力的高度集中，造成煤壁严重的片帮。其结果使工作面顶板的无支护空间大大地增加。

f 型的工作状况，是由于不断恶化的软弱顶板或底板而引起的。