關于放頂煤液壓支架的探討

吳建新

（山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033600）

引言

在煤礦開采過程中，放頂煤液壓支架所發揮的作用是不可替代的，它能夠推動煤礦開采朝著全新的方向發展。雖然綜采技術在我國得到了廣泛的應用，但是缺乏與之相匹配的放頂煤液壓支架。實際上，放頂煤液壓支架主要是由液壓元件和金屬構件等部分組成，借助高壓液體提供的動力來完成其移動，可以確保煤礦開采工作的順利進行。

1 放頂煤液壓支架的類型

1.1 正四連桿液壓支架

在綜放工作面中，正四連桿液壓支架得到了廣泛的應用，具有非常好的操作性、穩定性和高產能力，而且在實際應用過程中具有非常好的人性化優勢，因此發展前景良好。然而，由于正四連桿柱液壓支架在使用過程中，可能會出現因前后排立柱受力不平衡現象而無法更好地發揮其優勢等問題，該問題在放煤環節比較明顯。在正四連桿液壓支架使用過程中，一旦出現拔后柱問題，將會對采煤工作面的順利推進產生不利影響。

1.2 反四連桿液壓支架

反四連桿液壓支架是由我國自主研發的一類支架，與正四連桿柱液壓支架進行對比后可以發現，該液壓支架能夠確保前后排立柱均衡受力，這樣既可以更好地發揮其力學性能，而且還可以有效擴展液壓支架后部放煤的空間。同時，反四連桿液壓支架還可以對人行道的采高進行科學、合理的調整，以便隨著采煤工作面的推動，人行道采高能夠隨之發生改變。但是，在反四連桿液壓支架使用過程中，如果遇到一定的阻力時，該支架的使用效果會大打折扣，因此在綜放工作面中，反四連桿液壓支架被更多地應用于過渡環節。

1.3 單擺桿液壓支架

由于單擺桿液壓支架具有質量輕、投入低、操作便利等優點，因此在中小煤礦開采中得到了廣泛的應用，其可以使煤礦開采的機械化得到有效提升。但是，在軟頂煤方面，單擺桿液壓支架具有非常差的控制能力，而且強度和穩定性也較低，因此需要根據實際情況對其進行選擇和應用。

1.4 兩柱掩護式液壓支架

兩柱掩護式液壓支架屬于新型液壓支架，其一般被應用于圍巖開采之中，屬于單排立柱，能夠使受力不均衡問題得到有效解決，在一定程度上提高了放頂煤支護的效率。通常情況下，兩柱掩護式液壓支架會先在頂梁后部連接掩護梁，然后繼續在掩護梁后接尾梁，該過程中最好把輕型支架中的掩護梁和頂梁設計成一體，并保證尾梁和后部進行有效的連接。應用兩柱掩護式液壓支架，既能夠有效提升其綜放效率，而且還可以優化綜采流程，因此兩柱掩護式液壓支架具有非常好的應用前景。

2 放頂煤液壓支架的應用

2.1 大采高液壓支架

在進行煤礦開采過程中，對于14～20 m的特厚煤層，一般要求一次采全高，此時就需要選擇大采高液壓支架，其一次性開采煤層厚度可以達到20 m，具有非常強的生產能力[1]。

1）大采高綜放技術。通過實踐表明，大采高液壓支架可以有效擴大圍巖的縱向活動與橫向活動范圍，并且還能夠解決工作阻力問題，在增加礦壓的同時，有效提升支架的回轉能力，以更好地滿足煤礦開采的支護要求。

2）控制煤壁片幫。在放頂煤開采過程中，在提升液壓支架初撐力的同時，不僅能夠提高支撐頂板主動性，而且還可以使頂板對煤壁所產生的垂直壓力降低，從而確保煤壁的完整性，以達到控制煤壁片幫的目的。同時，借助帶壓移架，還能夠完成對頂板的及時、有效支護，保證頂梁與頂板的良好接觸，使煤壁的前方支撐力大大降低，進而避免了煤壁片幫發生的概率和程度。此外，通過護幫板的設置，還能夠使支架與煤壁緊密結合，使其側向約束力得到有效提升，并降低煤壁片幫程度。如果在煤礦開采過程中，遇到工作面冒頂現象時，會產生異常帶，此時可以通過加固煤壁、降低采高和采煤機截深的方式來使采煤機的牽引速度得到有效提升，如果條件允許，也可以選擇俯斜開采方式進行煤礦開采。

3）具有較強穩定性。對5.0 m大采高液壓支架進行分析后發現，在對其四連桿參數進行優化后，不僅可以有效擴大中心距，提升支架初撐力，而且還可以縮短軸孔與徑向之間的間隙，并提升前梁缸徑，從而使大采高液壓支架的穩定性得到有效提升[2]。

4）雙前后與中通式連桿液壓支架具有穩定性高、空間大的優點，其不僅可以有效提高放頂煤液壓支架的抗扭能力，而且還可以避免傳統液壓支架出現前雙與后單問題，確保前后連桿的剛性，在對連桿變形量進行控制的同時，可以有效降低頂梁與掩護梁的偏移量，從而使大采高穩定性得到明顯提升。

5）選擇抗沖擊立柱。當大采高液壓支架處于正常工作過程中，經常會產生沖擊負荷，此時為了確保煤礦開采的安全、高效進行，就需要選擇具有一定抗沖擊性能的立柱，其既能夠有效提升立柱的抵抗能力，而且還可以適當增加中缸缸壁厚度和外缸外壁直徑，進而達到提升安全閥流量的目的。通過對立柱機構給予科學、合理的設計，還可以使立柱壓縮剛度降低，有效延長立柱的振動周期。

總之，大采高液壓支架（圖1）具有體積小、質量小、采煤阻力小、采煤高度大等特點，因此在放頂煤開采過程中得到了廣泛的應用，但是在具體應用階段，其運輸難度比較大，需要根據實際情況對其進行優化設計，并盡可能選擇高強度材料，借助先進的、可靠的技術手段增強大采高液壓支架的質量得與性能。

2.2 直線型與分體組合式液壓支架

通常情況下，煤礦區內存在大量的小塊段煤、煤柱和邊角煤等問題，其會對采煤工作面的布置產生一定的影響，同時也會對采煤工作面的綜放工作與回收工作產生或多或少的影響。此時如果簡單地選擇較大的綜放設備，將會無法滿足邊角煤開采要求，導致其采煤效率降低。在對中小型煤礦進行開采時，大型綜放設備也無法在狹窄的巷道中通過，此時就可以選擇直線型與分體組合式液壓支架（圖2），其特點為直線型與分體組合式[3]。該類型液壓支架的底座與護幫板、頂梁與尾梁是分體的，并通過鉸接的方式來使頂梁與底座進行有效地連接，避免由于頂板不平而誘發偏載問題。具有比較強的適應性、穩定性，一條鉛垂直線可以作為直線型與分體組合式液壓支架的工作軌跡，并產生比較良好的受力狀態。但是在具體應用過程中，該液壓支架具有非常高的復雜性和隨機性，而且頂板壓力大小、作用位置、接觸頂梁情況等都會對液壓支架的運行產生影響，因此在放頂煤開采過程中要對其給予重視。

圖1 大采高液壓支架

圖2 直線型與分體組合式液壓支架

3 結語

在放頂煤開采過程中，液壓支架是不可或缺的組成部分，不僅能夠對工作面給予安全、可靠的支撐，而且還可以對采空區進行有效的隔離，避免煤矸石進入采煤工作面，進而實現采煤綜合機械化，在一定程度上提高了煤礦開采的效率。