一种新型矿用液压支架结构简析

2018-11-19张大伟李炳文邵政杰丁林海

陕西煤炭 2018年6期

张大伟李炳文，邵政杰，丁林海

(1.西安重工装备制造集团有限公司，陕西西安 710054；2.中国矿业大学矿山机械研究所，江苏徐州 221000；3.西安重装铜川煤矿机械有限公司，陕西铜川 727031)

0 引言

由中国矿业大学矿山机械研究所设计，西安重装铜川煤矿机械有限公司制造的ZY12000/32/55D新型液压支架在第十七届中国国际煤炭采矿技术交流及设备展览会上进行了展出，引起了各个方面的关注。笔者就全国各个矿井普遍使用的液压支架与该型液压支架结构及特点进行简单的分析介绍及对比。

1 液压支架发展情况

从20世纪40年代开始使用综合采煤机械化以来，采煤工作面支护装备经过了两次大的变革。最早使用的综采液压支架是支撑式液压支架，也称为垛式液压支架，是由英国人发明的，也可以说是第一代综采液压支架，如图1所示。

图1 支撑式液压支架

20世纪60年代，前苏联人发明了具有四连杆机构的液压支架，是液压支架的第二次重大变革。具有四连杆机构的液压支架最早使用于煤层较薄的采煤工作面，后经民主德国和英国的发展，四连杆液压支架也使用在较厚煤层的采煤工作面。四连杆支架主要有两柱式和四柱式2种支架，其中：两柱式称为掩护式支架，如图2所示，四柱式称为支撑掩护式支架，如图3所示。

图2 两柱(掩护式)四连杆液压支架

图3 四柱(支撑掩护式)四连杆液压支架

四连杆支架于20世纪80年代引入我国，经过我国两代科研人员和煤炭人的努力，四连杆支架的支架高度、工作阻力及技术可靠性得到了大的发展，并在我国煤矿得到了广泛的应用，是目前我国最主要的综采工作面支护装备。

在四连杆液压支架的基础上，我国又衍生出放顶煤液压支架、反四连杆支架等其余的多种架型，但最主要的还是掩护式与支撑掩护式液压支架。

2 新型矿用液压支架

该新型液压支架如图4所示，取消了四连杆机构，采用了“二次摇杆技术”和“悬浮液压技术”。与四连杆支架相比具有较大的行人空间和抗冲击能力，能适用于冲击地压和瓦斯突出的综采工作面的顶板支护。

图4 新型矿用液压支架

2.1 悬浮液压技术

悬浮液压技术主要体现在该支架采用了悬浮立柱，如图5所示。悬浮立柱借鉴了悬浮式单体支柱的原理，即活柱内腔与活塞腔相通，这样液压悬浮力直接通过立柱活柱的内腔作用在柱头上，使液压悬浮力分担了大部分支柱的工作阻力，提高了立柱的稳定性和安全性。

图5 悬浮立柱结构简图

2.2 二次摇杆技术

二次摇杆即是把掩护梁与顶梁分别看做一个单摆杆，合起来称为二次摇杆。主动支撑时，依靠调节千斤顶的支撑力，使顶梁后端切顶线先与顶板接触，然后立柱上升，使顶梁旋转，慢慢贴合顶板，对顶板的破坏力要比四连杆支架的小。被动支撑时，顶板施加的压力，通过掩护梁直接传递到立马与底座上，相比四连杆支架通过前、后连杆的二次传递，能承受更大的压力。

3 新型矿用液压支架与四连杆支架的对比

3.1 两种支架的区别

新型矿用液压支架与目前普遍使用的液压支架最主要的区别是取消了四连杆支架的前后连杆，掩护梁直接与底座刚性连接，用2个调节千斤顶替代了掩护式支架中的平衡千斤顶，采用大行程推移千斤顶调节支架的梁端距，立柱结构采用单伸缩悬浮式结构。

四连杆支架掩护梁与底座之间通过前后连杆连接，在支架从高到低变化时，能够很好地调节顶梁前端做近似垂直的直线运动，有利于支架与煤壁之间的梁端距控制；但是四连杆连接属于软连接，不能直接承受顶板压力，顶板压力全部依靠立柱来承受。

3.2 新型矿用液压支架的特点

通过已经加工完成的ZY12000/32/55D新型矿用液压支架与西安重工公司为陕西某煤矿生产的ZY12000-25.5-50D四连杆支架在满足相同的三机配套关系下，进行如下对比。

立柱缸径：新型矿用液压支架取消了四连杆机构，掩护梁直接与底座进行刚性连接，调节千斤顶连接掩护梁与底座，不仅调节顶梁的姿态，还可以提供部分支撑力。在支架工作时，调节千斤顶与掩护梁可以分担部分顶板承受的压力，因此减少了立柱承受的压力。在支架工作阻力相同的情况下，立柱的缸径可以减小一个规格。 ZY12000/25.5/50D四连杆液压支架的立柱缸径为φ420 mm，立柱安全阀的调定工作压力为43.3 MPa；而相同工作阻力的新型矿用液压支架ZY12000/32/55D的立柱缸径为φ400 mm，立柱安全阀的调定压力为43.5 MPa，两者相比，可以发现在调定压力基本相同的情况下，同为12 000 kN的支架立柱缸径可以减少一个规格。

支架重量：新型支架重量比四连杆支架轻，能减少采购成本，通过比较，新型支架的重量比相同工作阻力、高度的掩护式液压支架重量减轻约10%。ZY12000/25.5/50D四连杆液压支架的重量为41.4 t，新型矿用液压支架ZY12000/32/55D的重量为37.9 t。两架相比，在工作阻力相同，支架高度比四连杆液压支架还高0.5 m的情况下，新型矿用液压支架的重量反而轻了3.5 t左右。

架内空间：新型支架架内空间大、人行道是四连杆液压支架人行道宽度的2倍以上，不仅便于行人，而且工作面通风面积加大，更适用于瓦斯突出工作面。其优势在薄煤层支架上更加明显，不仅可加大通风面积，并且可使液压系统管路更容易布置。ZY12000/25.5/50D四连杆液压支架的人行通道宽度为0.65 m左右，新型矿用液压支架ZY12000/32/55D的人行通道宽度为1.5 m。新型矿用液压支架的人行道宽度为四连杆支架的2倍多。

底座前端比压：新型支架力的传递更加直接。顶梁所承受的压力和水平力，可通过掩护梁直接作用在支架的底座上，能有效降低支架底座前端比压，承受更大的水平力与顶板压力。经计算，新型矿用液压支架ZY12000/32/55D底座后端对底板比压大于前端底板比压，此情况正好与四连杆支架相反，可以消除四连杆支架底座前端扎底及移架时相对困难的情况。

整体防护性：新型矿用液压支架后部的整体防护性更好。因新型矿用液压支架底座后部的立马采用固定式整体结构，且相对较高，能有效阻挡支架后补采空区冒落的矸石涌入支架内部。同时新型矿用液压支架在降架的过程中掩护梁没有向后的趋势，与四连杆液压支架相比，杜绝了因支架后部有大块矸石阻挡而不能使支架下降的情况。

通用性：新型矿用液压支架采用大行程推移千斤顶调节梁端距，能适应不同截深的采煤机需求，使三机配套时选型更容易，支架的通用性更好。目前，各个采煤工作面使用的液压支架基本上都不相同。有时在同一个煤矿的2个工作面，因为采煤机或刮板输送机的改变，为了控制梁端距，液压支架也要跟着进行改变。如果采用新型矿用液压支架后，支架的梁端距可以通过推杆进行轻易的调节，提高了支架的通用性。

标准化：更易实现模块化、标准化及系列化设计。对于立柱缸径相同，支架高度不一样的液压支架，通过更换掩护梁、立马和立柱就能实现，顶梁和底座可以重复借用。这样，能降低不同架型支架的设计任务量，使设计出图的时间缩短，降低了生产周期。