放顶煤液压支架的创新与发展探究

王军

（东华重工装备制造有限公司，山东 济宁 273500）

从20世纪80年代以来，放顶煤液压支架的发展过程包括了高、中、正的发展历程，在此其中综采技术主要指的是对较厚煤层的开采技术。放顶煤液压支架技术开采的进步都受框架发展的影响，同时放顶煤液压支架的技术进步推动了整个煤炭开采行业的发展和进步。下图（图1）展示的是四种不同类型的放顶煤液压支架。

图1 各种放顶煤液压支架

1 放顶煤液压支架的简述

在经过20多年的研究和发展基础上，放顶煤液压支架的技术已经相当的成熟，目前我国已经是全球放顶煤液压支架研究和发展方面最突出的国家。由于放顶煤液压支架的研究进展迅速使得煤炭开采行业的技术和工艺逐渐进入了更高的水平。在采煤机的使用过程中利用放顶煤液压支架技术支持使得采煤工程机械化水平越来越高，放顶煤液压支架的主要功能包括支撑、切顶、移送等功能，由于其构成要件主要为金属材质，生产动力主要来自于高压液体，同时，放顶煤液压支架在煤炭的开采过程中具有较强的安全性，在执行能力、支护方面等都有较高的优势。

1.1 放顶煤液压支架的主要类型

落煤窗式液压支架主要包括掩护式和支撑式两种结构，同时又可以分为单机输送和双机输送两种类型。掩护尾梁插板式放顶煤液压支架，主要以支撑掩护为主，同时又包括正四联杆式和反四联杆式这两种形式。这是目前为止，主要的两种放顶煤液压支架。

1.2 放顶煤液压支架使用过程中存在的主要问题

目前我国采用的综采技术方式对于成熟的采煤技术来说并不完全适用，同时放顶煤液压支架在机械的水平控制方面，还有一定的发展空间，其中包括机械的制造工艺、高强度材料的使用、整机的轻量化及其功能性方面，虽然在这些方面都取得了很大的进步，但是相较于国外一些发达国家还是有很大的进步空间。

2 放顶煤液压支架的发展现状

在较厚的煤层开采过程中，尤其是超过10米的煤层，可以结合大采高综放液压支架开采的技术和顶煤液压支架的设备支持。在这过程中由于采煤的技术使用了全面机械化的方式，采煤厚度往往能够达到12米及以上，这就会大大提高出煤量。

2.1 大采高综放液压支架的关键技术

根据相关的数据结果显示，在使用了全机械化液压支护的开采技术结合之后使得采煤场所的面积和方向明显的扩大，同时岩压也有了显著的增加现象。在这种情况下，支架的安全性能对于顶梁的支撑性方面的要求就会更加高。

在大采高综采工作区，为了控制煤侧壁的片帮发生概率，一般会使用以下的解决措施：对支架的最开始的工作加大支护的阻力，增强主动支护顶板的工作性能。在有压力的框架进行移动时需要对顶板进行支护，使用顶板和顶煤的支护方式可以使其有较强的接触能力，从而加强整个结构的支撑方式。传统的综采技术在采煤的过程中液压支架装备方面有护帮板，护帮板的使用可以在煤壁的附近增加一些片帮的约束力，假如在采煤工作中有顶板破碎或者工作状态异常就应该及时的采取科学合理的方法来进行维护，主要方式有减小剪切的深度或者加固煤壁，同时在剪切的过程中加强其牵引的速度，利用这样的解决方式，可以有效的降低破碎的发生。

2.2 反四连杆液压支架

反四连杆液压支架，是目前为止我国自主研发的一款放顶煤液压支架，这种支架，在使用的过程中能够对后排的立柱之间的受力不均匀现象进行衡量，有更好的物理方面的力学知识支撑，这就会使后期的放煤速度和放煤空间能够有效的扩展。同时反四连杆液压支架还能够对人行道进行及时的调整和衡量，在采煤施工的过程中，随着工程的进度人行道也会发生改变。但是其也有缺点，就是在受到阻力时这种支架构造在结构布置方面的施展空间较为有限。

2.3 单摆杆液压支架

单摆杆液压支架主要使用在一些中小型煤矿的开采过程中，其也有较高的优势，例如投资少、质量轻、操作方式简单等优点。但是单摆杆液压支架在软顶煤的控制方面能力不太突出，同时其稳定性和强度方面性能比较低，在采煤技术方面有较大的限制空间。由此可见，单摆杆液压支架在煤矿的开采中是属于轻型的支架。

3 放顶煤液压支架的发展探析

随着煤炭资源行业的不断发展，在全国范围内老矿区已经呈现出资源枯竭的现象，这就导致一些大型综采机械的开采适应能力变差。在采煤工作中，这些角煤不能够使用大面积的机械设备进行操作。与此同时一些中小型煤矿的通道比较狭窄，这在大型机械的开采过程中也有了一定的限制。针对这些煤炭资源开采过程中遇到的问题，相关的学者已经研发出了一系列的组合式线性放顶煤液压千斤顶，同时在国内的应用已经呈现出前途光明的趋势，尤其是在一些西北的偏远地区的煤矿中，使用效果非常显著。

3.1 分体组合式直线型放顶煤液压支架的特点

分体组合式直线型放顶煤液压支架具有底座、尾梁和护帮板这些结构特征。这些结构可以在顶板发生不平衡现象时进行一定的衡量，分体式顶梁和底座的使用方式主要为连接箱和后拉杆构成,如图2所示。

图2 分体组合式直线型放顶煤液压支架

3.2 分体组合式直线型放顶煤液压支架适应性和稳定性分析

（1）适应性分析。分体组合式直线型放顶煤液压支架在适用性方面，首先组合梁的上梁在运动时的过程中或者是伸缩盒的稳定性发生变化，在正常的情况下，它的运动轨迹是垂直的，同时支撑柱的平衡能力一直是保持最理想的工作状态。但是由于煤矿矿井中的工作环境复杂，在使用的过程中，分体组合式直线型放顶煤液压支架的顶部尺寸和它的位置都会发生一定的变化。这些不同尺寸和不同方向的支架，对整个液压支架的开采设备有一定的支撑能力。

（2）稳定性分析。在分体式组合直线型放顶煤液压支架的稳定性方面，如果在整个采煤工程中使用了整体的支架，就会导致煤炭施工面的每一层倾斜重心和底板就会发生变化，将其垂直线的交点改变，同时推到基座的外边缘，从而造成支架的倾斜，或者倒架。所以在使用的过程中如果发现煤层有倾斜的现象发生，就要及时的对支架进行扶正。与整体的支架方式相比，分体式支架的稳定性更加坚固，同时在前后支柱的中间具有伸缩和稳定的方式，伸缩机构在上梁的衔接点的位置就会使支架的稳定性不断加强。

4 放顶煤液压支架发展方向

煤炭资源的开采过程中使用综采成套机械设备可以为整个煤炭行业创造更加高效的利润，同时使得煤炭开采过程中更加安全，由于这种综采成套设备的机械化程度高，安全性能强等优势，已经在全国范围内的煤炭开采中越来越被更多的人所认可。除此之外，对煤炭开采技术中放顶煤液压支架的智能化方向进行研究，主要有以下的几个方面表现：首先，研究智能化放顶煤煤岩识别系统。目前的综采工作，智能化程度已经有较大的提高，能够实现远程控制。目前影响综采智能化工作发展的主要因素是放顶煤液压装置方面的智能化程度不够高，所以在放顶煤液压装置方面，还需要进行一定的研究。对放顶煤液压装置系统进行研究，对于整个煤矿的开采工作来说，能够提高工作效率、缩短工作时间、提高煤炭的开采率、加强煤矿的安全工作等方面都有显著的成效。其次是放顶煤液压轻型支架的开发。伴随着越来越多煤炭资源的枯竭和目前为止采煤工艺和技术的发展滞后问题，大多数的煤矿都没有完全开采完毕，有很多的边角煤和煤柱都没有及时进行回收，这时候分体组合式放顶煤支架如果能够和轻型放顶煤支架进行结合的话，在一些小型的煤矿或者是一些资源马上枯竭的矿井的开采过程中就能够提供一些有效的解决措施，帮助这些小型煤矿开采出更多的煤炭资源。

5 结语

综上所述，在煤炭的开采过程中，利用综采的开采方式，和液压支架的设备机械支持对于煤炭的开采来说有着举足轻重的作用，能够促进煤炭行业的整体发展。在液压支架的使用过程中，尤其是放顶煤液压支架的使用，对于整个煤炭的开采工作来说，能够对其更好的进行平衡力的控制和大型机械的支撑支护，对煤矿的开采工作和煤矿的安全施工方面起到了重要的作用，在促进行业绿色发展的同时，为煤矿企业创造更多的经济效益。