液压支架及推移千斤顶的设计

前言

我国是世界上厚煤层储量最大的国家之一，煤炭生产的高产高效和现代化是当今国际煤炭工业的发展方向，也是我国煤炭行业的必然选择，这就要求大力发展综合机械化采煤。综合化采煤方法是高校安全的采煤方法，而液压支架是综合机械化采煤方法中的最重要的设备之一。从消化引进设备开始，到我国能独立设计、研究和制造液压支架，我们已经积累了丰富的经验，对这些经验进行总结和提高势在必行。

在采煤工作面的煤炭时间生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架的是以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明液压支架具有支护性能好、强度高，移架速度快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此，液压支架是技术上先进、经济上合理，安全上可靠、是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。

液压支架在工作面工作时，为了及时保护，采用先移架后推溜的工作方式一个循环包括降柱，移架，升柱，推溜等四个动作。随着采煤机的前进，按次序搬动操纵阀，使顶梁下降，支架前移，到达预定位置后，顶梁升起，支护顶板。再通过支架的推移千斤顶，又将输送机推向煤壁。

1 概述

1.1 综合机械化采煤与液压支架

采煤机械和可弯曲刮板运输机是机械化采煤工作面的基本设备。普通机械化采煤（简称“普采”）工作面用单体液压支柱（或摩擦支柱）和铰接顶梁支护顶板；综合机械化采煤（简称“综采”）工作面用液压支架支护顶板。

在采用双滚筒采煤机的综采工作面，采煤机从工作面一端开始采煤，先行的滚筒贴着顶板截割，后随的滚筒贴着底板截割，截割碎落的煤炭，由滚筒的螺旋叶片推运并装进可弯曲刮板运输机。煤炭被运到工作面下端，再经转载机和可伸缩胶带运输机外运。在采煤机后面一段距离的刮板运输机溜槽和液压支架，即可向煤壁推移，及时支护新暴露的顶板，并为下一个工作行程做好准备。从工作面一端开始采煤直至工作面另一端，为一个工作行程。在同一个工作行程中，采煤机的两个滚筒连续转动，整个机器沿着一定的方向牵引前

进。

采煤机到达工作面的一端，就结束一个工作行程。把原来贴着顶板的滚筒降下直至贴着底板，同时把原来贴着底板的滚筒升起，直至贴着顶板，再把两滚筒的挡煤板，翻转到滚筒的另侧，即可反向牵引采煤机，开始一个新的工作行程。为了保证仍能向工作面运输机装运煤炭，滚筒的转向不能改变。就是说，在方向相反的两个工作行程中，采煤机的牵引方向不同，滚筒的转向则不变。

在采用双滚筒采煤机的普采工作面，采煤过程的区别仅在于：随着采煤机的向前牵引，滞后于采煤机一段适当距离，要先推移刮板运输机溜槽，再在运输机的采空区一侧悬挂顶梁和架设支柱。

在采用单滚筒采煤机的普采工作面，根据煤层厚度和含有坚硬夹杂物等情况，可以双向采煤或单向采煤。若煤层厚度接近滚筒直径，煤不粘连顶板，就可以双向采煤，每经过一个工作行程就向前推进一次运输机。若煤粘连顶板，煤层较厚，特别是顶板稳定性较差时，采煤机向上牵引的工作行程中，滚筒贴着顶板截割，以便先挂顶梁把近煤壁顶板支护好；向下牵引的工作行程中，滚筒贴着底板截割，清理浮煤，并随着采煤机的移动推移运输机，因此往返两个工作行程只能推进一次运输机，但还是双向采煤的。如果煤层中坚硬夹杂物较多、煤质坚韧，需要先用高压注水、震动炮等方法松动煤层；采煤机在向上工作面上端牵引的行程中，滚筒截割煤层底部，随机人工挑落顶煤并悬挂顶梁；到达工作面上端后，翻转挡煤板，向下牵引清扫浮煤，随机推移运输机溜槽并架设支柱。因此，采煤机往返牵引两个行程只能推进一次运输机，而且是单向采煤。

不论是哪一种普采方式，由于要用人力挂顶梁，架设和回收支柱，所以生产效率低，生产安全性差，但工作面设备投资比较少。根据我国十多年推广综采的经验，综采工作面平均工效为普采工作面的3.3倍，是炮采工作面的4.5倍。综采不仅提高工作面产量和工效，改善生产安全和劳动条件，而且有利于矿井合理地集中生产，简化生产系统，提高矿井综合效益。

1.2 设计目的及其意义

1.2.1 课题研究意义

在综合机械化设备组成中，液压支架的重量约占综采设备总重量的80～90%，成本占综采设备的70%左右。而且，综采工作面的安全性也主要取决于支架的支护效果。因此，为了降低成本，提高开采效益，并使支架的结构与性能适应不同的围岩与煤层条件，各国

均在积极开展液压支架的设计、试验与研究。

按支架的设定架型、基本结构和一般性能参数，设计典型支架，设计者根据已有的设计知识与经验，参考现有液压支架的结构与参数，或用类比法来设计支架。

国内外整层垮落开采缓厚煤层的采面矿压初步研究成果可知：随着采高加大，上覆岩层动压现象仍然存在，且表现频繁；直接顶越稳定，高支架支护效果越好；支架应具有足够的支护力，特别是对老顶来压强烈的顶板；采高加大后，应防止片帮、冒顶，尽力保持支架的稳定性，为此提高支架刚度是十分重要的。

总之，除要求支架具有顶得住、切得下、护得好和走得动等基本条件外，针对高支架的特点，要求支架站得稳，煤壁立得牢。站得稳系指支架不歪倾斜倒，具有较强的防倒、防滑、导向、调架的能力；立得牢系指煤壁不片帮，不导致冒顶，支架具有较强的防片帮和及时支护的能力。

通过课题的研究，了解了液压支架的结构和工作原理等方面，对以前所学的知识有了更进一步的认识，为即将开始的工作打下坚实的基础。

1.2.2 研究现状

液压支架是综合机械化工作面的主体设备，它能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，保持安全的地下作业空间，并实现回采工作面及其相关设备的机械化推移。液压支架与采煤机、可弯曲输送机和顺槽转载机配合，构成了回采工作面的综合机械化设备，从而为煤矿地下开采实现高产、高效和安全生产创造了条件。因此，采用液压支架支护顶板是当代采煤技术的一次重要变革，也是煤矿生产现代化的重要标志。

支护和控制顶板，保持工作面的安全生产空间，是煤矿地下开采中的首要任务。在二十世纪五十年代，国内外煤矿生产中，基本上均采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。1954年英国首次研制出液压支架，将液压技术应用到支护设备上，从而开辟了回采工作面支护设备的技术革命。从二十世纪六十年代起，国外各主要产煤国家，如前苏联、英国、法国、澳大利亚、美国、波兰等国家均相继大力发展和研制了各种型式的液压支架，并在煤矿生产中获得了广泛而成功的应用，从根本上改革和提高了地下开采的作业条件和安全性。据统计，目前这些主要产煤国家的地下开采综合机械化程度已达到90%左右，取得了良好的经济和社会效益。目前，以液压支架为主体的地下开采设备，以逐步向程控、遥控和自动化方向发展。

我国是煤炭生产大国，在二十世纪六十年代也曾研制了几种液压支架，但未得到推广