液压支架发展趋势

摘  要：我国目前综采液压支架发展逐渐完善，已研制出适应各种煤层条件下的液压支架，试验标准、设计理念与手段的进一步提升。大力发展薄煤层液压支架、大采高液压支架、放顶煤液压支架、顺槽超前支架等液压支架。液压支架向智能化发展，在已有的立柱压力、顶梁倾角、推移位移监测的基础上，需要全面掌控设备、环境、人员等信息，上传至井下顺槽集控中心为智能化无人采煤提供决策数据。

关键词：液压支架;设计理念;发展趋势

中图分类号：TD355   文献标志码：A

1958年我国第一台液压支架诞生， 1970年我国第一套全工作面综采设备开始工业性试验，2004年开始国产液压支架全面替代进口，2015至今我国煤机企业设计制造的液压支架先后出口澳大利亚、德国、美国。

机械化、自动化、智能化是综采技术发展的3个典型阶段，综采技术的终极目标是无人化。

1 试验标准、设计理念与手段的进一步提升

1.1 试验标准的提升

我国的液压支架技术标准目前执行的GB25974.1—2010中27 000次寿命，基本已与欧洲的EN1804.1要求的26 000次以及JOY公司的3万次看齐。但近年来澳洲和美国的项目招标将标准提升到了6～9万次，对支架的可靠性提出了更高的要求，国内一些企业制定的企业标准将超高端支架寿命提升至10万次，且全为复合加载方式，已超欧标2～3倍，但在测试过程的监测与测试后的检验分析技术还需要进一步提升。

1.2 设计理念的提升

随着综采技术的自动化、智能化升级，可靠性设计是最重要的设计理念之一，在近年的研发实践中，纠正了以往主要依靠大面积选用高强板提升结构强度，从而提升可靠性，需要考虑到局部结构强度与结构整体刚度的统一，液压支架的高可靠性设计还需要向整体低应力等强设计理念转变。

美国、欧盟、日本、澳大利亚相继出台绿色产品相关法规，绿色设计、绿色制造作为其国际竞争策略的一部分。我国作为煤机装备制造与出口大国，进行产品的绿色制造势在必行。应用绿色理念的液压支架生产制造的核心是：在产品的生产制造过程中，采用清洁能源以及绿色材料等，通过合理、科学的绿色设计，生产和制造出绿色产品，并最终形成一个可持续性的液压支架制造及使用回收的绿色模式。其中液压支架的绿色制造主要包括：立柱、千斤顶净成型加工技术;液压支架高强板免预热、免焊后处理焊接新工艺研究;液压支架Rapid高效可靠焊接制造新工艺;液压支架主体结构件全自动化高效低能耗焊接生产线。

1.3 设计手段的提升

国内煤机企业大部分已实现三维协同设计，部分企业还建立了贯通设计-工艺-制造的模块化管理模式、建立贯通销售、设计、工艺、采购、质量、生产、售后各业务环节的产品全生命周期协同模式。开发了系列优化设计软件，实现从支架选型、方案设计、模型图纸设计、有限元模拟仿真与优化设计全流程的数字化管理。仍需进一步研究开发液压系统设计软件与模拟仿真手段。

2 液压支架技术发展趋势

2.1 大采高支架

2004年液压支架的国产化以来，大采高支架取得了巨大的进步，在我国先后实现了世界首套6.2 m、6.3 m、6.5 m、7 m、8 m大采高工作面，世界最高的8.8 m超大采高综采工作面将会在近年内下井。工作阻力從12 000 kN，经历了18 000 kN、

21 000 kN，提升到26 000 kN。大采高支架中心距从1.75 m

增加到2.05 m，直到目前的2.4 m。工作面单产提升到1000万t～1500万t。大采高支架还需要在提高初撑力和横向稳定性方面继续提升，在大采高支架维修维护上的人性化设计上进一步细化设计。

2.2 放顶煤支架

我国的综采放顶煤技术及支架一直处于国际领先水平，目前采用强力放顶煤电液控制综放工作面产量最大年产量可达1 500万t，工作阻力最大达21 000 kN，支架中心距最大至2.05 m。进一步提升综放工作面的效率以及适应性，一方面需继续发展大采高放顶煤技术、优化配置综放工作面供回液系统及架内系统的流量设计。还要注重更适应于综放自动化开采的两柱放顶煤液压支架的研发;另外自动化放煤技术逐渐成为综放开采自动化的瓶颈，亟待突破。

2.3 薄煤层支架

薄煤层由于煤质优越和国家对资源开采的监管要求，各大煤企越来越重视薄煤层的开采，薄煤层液压支架缩回高度低至0.5 m～0.6 m，工作阻力提升至4 000 kN～6 800 kN，今后阻力会继续向8 000 kN～10 000 kN发展。对于薄煤层液压支架今后主要在高可靠性、大伸缩比立柱的研发，控制系统和主控阀向集成化、小型化发展。

2.4 大倾角支架

基于复杂多变的煤层赋存和丰富的研发经验与实践，中国的大倾角支架及技术一直处于世界领先地位，近年来，主要指标工作面倾角已到55°～60°，且相关技术已成套出口俄罗斯。大倾角液压支架需要在主动、被动防倒技术，防滑技术，安全防护技术，端头防护技术上继续研究，提升技术的适应范围和可靠性。

2.5 超前液压支架

超前支架极大地提高了巷道超前支护的安全性，减少了超前支护工的劳动强度，在我们所调研的综采工作面顺槽超前支护工作面作业现场，超前支护支架操作由工作面液压支架操作人员兼职完成，操作简便。超前支架结构简单，形式多样灵活，现场调研的超前支护支架均由设计单位根据不同的作业条件做出针对性的设计。

3 液压支架的智能化

3.1 液压支架本身的智能化控制

在现有电液控制系统已有的立柱压力、顶梁倾角、推移位移监测的基础上，需要进一步集成人员感知、支架自身工况（销轴受力、支架动作、立柱下缩量）感知、环境感知（粉尘、瓦斯），全面掌控设备、环境、人员等信息，上传至井下顺槽集控中心，为智能化无人采煤提供决策数据基础。

3.2 基于物联网技术的综采工作面智能化系统

综采工作面的智能化控制实现的前提是综采面各设备自身实现智能控制，以“大数据”为基础、以工业总线网络为途径、以数据分析和处理为依据、以专家决策方案为指导方针、以高端设备和移动终端为依托平台，通过物联网技术的应用，打造高端综采工作面安全、高效的自动化生产。综采工作面的智能化控制包括智能支架电液控制子系统（带无线遥控器）、工作面人员识别系统、采煤机集控系统、三机控制通信子系统、智能刮板输送机监控子系统、皮带机监控子系统、泵站控制子系统、水处理控制子系统、组合开关监控子系统、移动变电站监测子系统、转载机自移控制子系统、皮带机自移监控子系统及视频监控子系统。

4 物联网趋势下液压支架产业发展

4.1 液压支架智能化制造

在中国智造2025大背景下，液压支架制造厂商积极进行技术升级改造，实现液压支架行业的智能工厂、智能制造、智能物流。智能制造需要突破液压支架主体结构件智能化、自动化拼装焊接，立柱千斤顶智能化、自动化制造。智能物流则需要基于PLM和ERP实现产品的全寿命周期过程管控集成与优化。

4.2 创新液压支架营销与服务模式

在各行业新零售的创新模式趋势中，液压支架行业演变出一种设备融资租赁的新型营销模式和全寿命周期专业化服务模式。设备融资租赁将会缓解用户企业的资金压力、优化企业的资产负债以及丰富企业的融资渠道，专业化服务模式大大延伸了支架产业链的价值，这种创新的模式为煤矿用户和煤机企业实现了双赢。

参考文献

[1]雷静.液压支架与泵站[M].北京：煤炭工业出版社，2014：229-233.

[2]雷静，张定堂.液压支架与泵站[M].北京：煤炭工业出版社，2019：157.