煤礦液壓支架結構、使用、維護及故障分析

陳慶光

摘 要：煤礦液壓支架是一種利用液體壓力產生支撐力并實現自動移設進行頂板支護和管理的一種液壓動力裝置，是綜合機械化采煤不可缺少的配套設備。

關鍵詞：液壓支架； 結構；使用；故障分析

一、液壓支架概述

煤礦機械在我國的煤礦開采使用領域中是一個廣泛的概念，它是專門用于煤礦開采的一種特殊機械。它的生產在我國有著很重要的作用。根據筆者多年的工作體會知道，煤礦機械是為煤礦企業提供裝備的設備，而且屬于專用設備。就目前來看，煤礦的機械設備主要有以下幾種：液壓支架、采煤機、采掘機、挖掘機、刨煤機、卷揚機等。本文闡述煤礦液壓支架的結構設計及受力分析。

1、煤礦液壓支架的概念及認識

就目前來說，現在的煤礦液壓支架主要是由支柱、底座、頂梁、掩護梁、前后連桿及擋矸板（護幫板）等組成的，并且是由鋼板焊接成箱體的整體結構。它主要用于水平面和小于等于10度的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開采的長壁綜采工作面，也適用于急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面，它能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板，隔離采空區，防止矸石進入回采工作面和推進輸送機它與采煤機配套使用，實現采煤綜合機械化，解決機械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進一步改善和提高采煤和運輸設備的效能，減輕煤礦工人的勞動強度，最大限度保障煤礦工人的生命安全。

2、煤礦液壓支架的結構

上面已對煤礦液壓支架的概念和認識做了闡述，下面對它的結構做一說明。如果按其組成部分，即其結構為其概念的話，那么我們可以這樣說：煤礦液壓支架是一種以液壓為動力，由液壓缸和液壓閥等液壓元件和其他金屬構件組成的一種支護設備。

如果按照概念意義來說，液壓支架是由以下幾個部分組成：承載構件、執行元件、控制、操縱元件和輔助裝置。下面對每個組成部分做一一概述：

承載構件：頂梁、掩護梁等。頂梁與頂板直接接觸，承受頂板上作業面巖石的壓力；掩護梁，阻擋冒落的巖石進入工作面，并承受其壓力，從而承受頂板水平推力的邵件；底座與底板接觸，傳遞并承受頂板壓力。

控制、操縱元件：操縱閥、隔離閥等各種油缸的控制閥。操縱閥是用來操縱支架各種動作的閥，是液壓支架的指揮元件。

執行元件：各種千斤頂和立柱。立柱是支撐在頂梁和底座之間或者間接承受頂板負載的油缸，是液壓支架主要的動力習性元件，它的結構強度和形式決定了支架的支撐力大小和支撐范圍。

輔助裝置：除了以上三種構件，剩下的都是輔助裝置。包括推移裝置、控制裝置、護幫裝置、防倒（滑裝置、噴霧照明）等等。

但不管怎么來說，煤礦液壓支架是用來控制采煤工作面礦山壓力的結構物。采面礦壓以外載的形式作用在液壓支架上。在液壓支架和采面圍巖相互作用的力學系統中，若液壓支架的各支承件合力與頂板作用在液壓支架上的外載合力正好同一直線，則該液壓支架對此采面圍巖十分適應。

3、煤礦液壓支架結構設計與受力分析

這一部分主要從四連桿機構設計計算；液壓支架平面受力分析；液壓支架空間受力分析等方面考慮。

二、液壓支架的使用

1.煤礦綜采液壓支架使用

根據本人多年的工作來看，從事煤礦綜采液壓支架前要先經過專門培訓，考試合格才能上崗。通過培訓，使工作人員對支架的使用做到“四懂”，即懂綜采采煤工藝、懂支架結構、懂支架性能、懂工作原理；“四會”，那就是會操作支架、會檢查支架、會維護支架、會排除支架故障。再有就是對煤礦綜采液壓支架的操作使用，本人認為在這可以概括為“細、凈、快、夠、正、嚴、緊、平”等要領，在操作使用時，一定遵守。

2.煤礦綜采液壓支架操作前注意事項

在這里需要說明的是，因實際操作過程中不當，會造成一此意想不到的事情，甚至造成很大的事故。筆者建議，在實際操作之前，應先檢查管路系統和支架各有關部件的動作是否有阻礙，要消除頂、底板的障礙物。需要特別注意的是軟管不要被矸石擠壓或卡住，其中管接頭要用”U”形銷插牢，液壓系統不漏液不竄液。開始操作支架時，應提醒支架周圍工作人員注意，以免發生事故。操作支架應觀察頂板情況，發現問題及時處理。

三、液壓支架故障原因分析

1.故障原因

（1）液壓支架是在重載、振動、沖擊、摩擦和潤滑不良等的工況條件下工作。

（2）液壓支架處在個無處小在的粉塵、噪音、水汽、液體和有害氣體等的礦井內，并且照明條件級極差以至于工作環境十分惡劣。

（3）液壓支架工作的強度大、時間長。

在以上特點下工作的液壓支架也就導致了其頻繁的故障和事故發生，對于對機械的維護和檢修也提出了挑戰。

2.故障分析

經過液壓支架在礦井中使用的實踐和有關統計資料表明，在生產過程中，絕大部分故障是因為各種失效引起，綜采設備的事故率很高，綜合得出導致液壓支架故障的主要原因有兩個：①人為因素及地質條件引起；②機件失效而引起后者造成設各故障可以到達89.5%左右，其中磨損又是機械失效的最重要原因，其次是液壓支架本身的設計、制造、質量低劣等缺陷所致，同時極小部分是由于工作條件惡劣，使用和維護條件太差引起的失效，當然也有小部分屬于操作不當引起；而在磨損引起的失效主要是由于液壓系統和潤滑系統中的油液遭受嚴重污染所造成的，即是由于乳化液污染和乳化液濃度偏低造成液壓支架的每個液壓元件的失效都會造成整個液壓系統失效，導致整個生產系統處于癱瘓狀態，給礦井生產帶來了安個隱患和巨大的經濟損失。

2.1底座故障

底座是液壓支架整體結構受力最為復雜和集中的部位，液壓支架底座3種情況加載方式，由于底座在工作的過程中主要收到扭轉力作用和復雜受力情況，產生裂紋及裂紋擴展，因此，底座常常表現兩大故障即為主筋斷裂和球窩碎裂。

2.2立柱故障

立柱的故障表現為如下五個方面：①乳化液外漏；是由于密封損壞或者尺寸小合適，溝槽有缺陷，接頭焊縫出現裂紋②截止閥未打開和打開不夠、立柱外漏或內竄液、系統堵塞、立柱變形都會引起立柱的不升或慢升③自降；安全閥漏液或調定壓力值低，立柱泄漏，液控單向閥不能閉鎖④支撐力達不到要求；⑤不降或者降速慢。在進行故障檢查和檢修的時候，故障原因最多為漏液現象引起。

3.結束語

據不完全分析，目前我國大型采掘設備面臨激烈的市場競爭，預計到2015年我國煤炭行業將達到3.5萬億元左右的產業銷售規模。受我國煤炭開采行業快速機械化的推動，煤炭開采機械設備的需求規模到2015年將會達到301億元，這樣來看，我國煤機成套的競爭才剛剛開始，裝備成套化的發展前景十分廣闊。煤礦綜采工作面要做好事故的控制應偏重于液壓及支架的管理，事故發生的頻率高低及其零部件工作壽命的長短，直接影響著企業的生產和經濟效益。通過對液壓支架故障的分析，減少失效的有效方法是進行主動預防性維護；同時也是提高機械零部件的使用可靠性，延長使用壽命。

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