液壓支架在綜合機械化采煤中的應用效果分析

劉玉良

（忻州市煤礦安全生產監管檢查組， 山西 忻州 034000）

引言

近年來，液壓支架設備在綜合機械化采煤方法中的應用越來越廣泛，他是綜合機械化采煤方法中最重要的設備組成部分之一[1-2]。目前，地下機械化綜采設備中以液壓支架作為主體，已逐步向程序控制、遠程控制和自動化方向發展，液壓支架已經在我國各大型礦區中得到了全面應用[3]。液壓支架經過幾十年來的不斷改進與完善，實現了回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支護控頂等工序的綜合機械化運行，我國煤礦產業得到了綜合收益的提升。

1 液壓支架設備在綜合機械化采煤中的功能

綜合采煤工作面的支護設備中液壓支架發揮著重要作用，如采場頂板、作業空間內的安全維護，能夠將工作面的采運設備進行很好的推移。目前，綜采煤中的液壓支架設備種類較多（如圖1、圖2所示），但他們的功能卻是一致的。

液壓支架受其圍巖作用及結構特征的影響，通常將其分為三大類，一是支撐式，二是掩護式，如圖1和圖2所示，三是結合支架的各部件以及功能進行劃分的一種類別，具體功能與作用的組成為四個部分，內容羅列如下：

1）結構的承載功能主要作用于頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等構件位置其發揮著重要的承載作用，將頂板與垮落巖石的載荷進行相互傳遞，最終實現卸荷的作用功效。

2）立柱和各類千斤頂作為液壓油缸使用，能夠將支架的各類多元化動作轉換成液壓動力產生。

3）液壓系統操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥是液壓控制的元部件，還包括管路、液壓、電控元件等，如控制支架各液壓油缸動作及保證就必須依托液壓的系統操作功能才能夠得以實現。

圖1 掩護式液壓支架結構

圖2 支撐掩護式液壓支架結構

2 液壓支架的工作原理

自縛升架﹑降架﹑推移輸送機和移架等是液壓支架的主要工作原理，乳化液泵站內所提供的高壓液體作用于產生的液壓支架動作，采用同一液壓控制系統將其進行有效控制，由液壓缸所產生的不同功能來完成上述功能的實現。主管路與第架支架的液壓管路形成作面的并行互聯（如圖3所示），由此形成單憑的液壓系統功能，另外，本架內設立了控制液壓系統的單向閥及安全閥，至于本加鄰架內或者是本架內根據情況來設置操縱閥，應用鄰架可將其稱之為鄰架操縱閥，應用本架可以將其稱為本架操作閥。

圖3 液壓支架的工作原理示意圖

2.1 液壓支架的初撐作用

支架初撐階段的形成，首先是操縱的按置，一般在圖3中8處升柱位置，再經由泵站將高壓液體進行輸送，再由圖3中6位置進入立住的下腔內，上腔的排液需同時進行操作，在此時活柱與頂梁提升，并對頂板進行支撐。另外縱閥的中位到達是由立柱下腔的壓力傳達至砂站壓力后而形成的，到達至中位后再關閉圖3中液控單向閥6，最終封閉立柱下腔液體。通過上述敘述我們可以明確支架對頂板產生的支撐力就是初撐作用力。

2.2 液壓支架的承載作用

液壓支架的承載對整個液壓支架而言至關重要，他的工作原理是通過頂的下沉，均為緩慢進行，這一行駛過程使頂板對支架不斷施加壓力，這時由初掌封閉的液體再行迅速提升，這時支架受到彈性壓縮作用，彈性變形而使缸徑得到擴張，這一過程的作用，也就是液壓支架的增加與阻斷力產生的作用機制。安全閥的動作壓力被下腔液全壓力超過時，這時液體由安全閥排出，立柱也由此自下降，一直到安全閥的動作壓力大于下腔液體時，可行關閉安全閥，排液由此可以被停止，這時立柱的工作應力呈現的是恒定狀態，這也是液壓支架承載力產生的決定因素，主要由支架安全閥的調定壓力來決定的工作阻力。

2.3 液壓支架的卸載作用

液壓支架的卸載是一種力的轉換過程，其主要通過立柱的上腔引入高壓液體而形成液控單向閥的池液，上腔引入液體是在操作閥降架位置開始，最終由下腔泄液而成，最終卸載后下降。

2.4 液壓支架的整體工作特征

液壓支架的整體工作特征曲線如圖4所示。

結合圖4與上述分析可知，液壓支架的支撐力由三個階段的變化而形成，一是初撐階段，二是承載階段，三是卸載階段，本次研究表明增阻性的產生是由額定工作阻力下工作時高于液壓支架時出現，他的主要作用是保證液壓支架對頂板的支撐作用，并且在一定的工作阻力時，能夠將其設定為恒阻性不變，從而有效控制頂板下沉，使其能夠達到即定的下縮效果。另外，液控單向閥和立柱的密封性都是增阻性產生的決定因素，安全閥是恒阻性與可縮性的重要依據。因此，液壓支架內安全閥、液控單向閥和立柱是支架性能穩定運行的關鍵部件。

圖4 液壓支架工作特征曲線示意圖

3 結語

液壓支架自身具備良好的支撐能力，在綜合機械化采煤設備的應用中扮演著重要的角色，根據模型的建立，模擬力的流轉過程，以及液壓支架各自發揮的作用特征，明確液壓支架在綜采工作中的功能，液壓支架各元部件有著各自的系統作用與分功，但在運行中卻有著互相協同的作用機制，實現回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支護控頂等工序的綜合機械化運行。