液压支架在煤矿环境中的应用.pdf

引言 随着对煤矿资源的长期开采， 机械自动化已成为 煤矿工作的核心技术， 矿用液压支架作为重要施工工 具， 对降低井下作业环境的改善起到关键作用[1]。因 井下的地质条件存在差异，且液压支架的规则以及 类型繁多，导致煤矿企业在施工前选择工具类型时 过于随意， 选用规则毫无科学依据， 最终为井下作业 环境埋下诸多安全隐患[2]。 所以必须结合工程实际， 根据井下围岩结构特点， 主要考虑煤层条件、 支架结 构性能和经济成本等因素， 合理选择液压支架。 1矿用液压支架结构类型及特点 液压支架主要应用于井下环境作业，目的在于 支撑工作面板、 矿井顶板， 避免落石掉入工作区域， 消除井下工作环境的安全隐患。 此外， 有助于推动其 他可移动仪器或者设备。液压支架包括底座、 推杆、 千斤顶、 连杆等核心零部件[3]， 具体模型以及对应位 置如图 1 所示。 如今， 矿用液压支架规则类别繁多， 施工人员可 依据使用环境、 应用场景挑选合适的工具。 通常情况下，矿用液压支架主要划分为以下三 类 掩护式、 支撑式、 支撑掩护式。 所谓掩护式矿用液 压支架， 特点在于立柱支撑于顶梁以及掩护梁， 实现 立柱与千斤顶双重掩护目的。所谓支撑式矿用液压 支架， 是以节式以及垛式支架为核心结构。 通常情况下， 液压支架的分类方式多样化， 常见 的分类方式包括高度、 倾斜角度两种。 以高度为划分 依据， 则可细分成薄煤层支架、 中厚煤层支架以及厚 煤层支架三类， 高度区域分别为不高于 1.3 m、 介于 1.3 m 和 3.5 m 之间、 不低于 3.5 m。以倾斜角度为划 分依据， 则可细分成急倾斜、 倾斜以及缓倾斜三类， 倾斜范围分别为不小于 45、介于 25和 45之 间、 小于 25[4]。 支撑掩护式支架结合支撑以及掩护两类支架优 势， 主体结构包括两排立柱， 二者其一可倾斜， 从而 实现支撑工作面的目的， 消除安全隐患， 而且整体支 撑力度强， 安全系数高， 稳定性达标， 主要应用在底 板硬度较高的中厚煤层。 需要注意的是， 支撑掩护式 支架升降速度低于其他类型支架，且立柱无法均匀 受力， 支撑面积偏窄， 制造以及购买成本高于其他类 别， 针对厚度较高的煤层实用性不强。 2矿用液压支架与围岩的关系 在煤矿环境下， 围岩的核心结构包括基本顶、 直 接顶、 底板。 围岩的综合性能影响液压支架的选用规 则。 二者具体的内在关联如下页图 2 所示， 因施工过 程中，支架工作面内底板会受到压力的作用而产生 鼓起现象， 导致直接顶产生向下弯曲， 甚至存在断裂 风险，则施工人员会凭借围岩变形状况而采用正确 的液压支架类型并按规定安装。 综上可知， 支架在设 计阶段， 必须考虑到与围岩的相互作用， 分析内在原 理， 从而制造出支撑性能强、 掩护效果佳的工具， 最 终达到保护围岩的目的。 需要注意的是， 制造阶段必 须立足于工程实际， 考虑制造成本以及综合性能， 确 保消除片帮以及冒顶情况。 此外， 必须强调液压支架 液压支架在煤矿环境中的应用 史佩玉 （阳泉煤业集团华越机械有限公司， 山西阳泉045000） 摘要 结合工程实际， 分析了现有矿用液压支架装置中主要的结构类型、 性能特点， 并根据井下围岩结构特 点， 分析了液压支架与围岩之间存在的关系。以此为基础， 探讨了矿用液压支架在实际工程中的选择原则和 考虑因素， 为企业实际工程中正确、 合理选择液压支架提供理论指导。 关键词 煤矿液压支架围岩 中图分类号 TD350.4文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 07-0273-02 收稿日期 2020-05-10 作者简介 史佩玉 （1986） ， 男， 本科， 毕业于中北大学机械设计 制造及其自动化专业， 机电工程师。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.07.118 总第 207 期 2020 年第7 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 207 No.7， 2020 1护帮装置； 2顶梁； 3立柱； 4底座； 5推杆； 6后连杆； 7前连杆； 8掩护梁 图 1矿用液压支架结构组成图 1 2 3 4 5 6 78 专题与综述 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 的护顶装置具有高强度支撑性能，可依据围岩运动 情况达到相应的保护作用。 3矿用液压支架选择原则 1） 支架选用阶段需要考虑围岩类型， 以围岩顶 板的具体性能为依据。如果顶板的力学性能低于平 均水平， 则采用掩护式支架； 如果力学性能高于平均 水平， 则建议采用支撑掩护式支架。此外， 由于矿井 环境的不可预测性， 要想切实保障员工安全， 则可匹 配多样化支架交叉使用， 及时应对各类突发状况。 2） 以煤层厚度以及倾斜角度为参考依据。如果 厚度 2.8 m， 且分布不均， 则尽可能采用拥有调节功 能的掩护式液压支架； 如果厚度 2.5 m， 并且顶板承 受水平以及横向的双重作用力，则尽可能采用拥有 较强抗扭矩且高强度的类型； 如果倾斜角 15， 则 尽可能采用拥有防滑功能的类型。 3） 考虑环境地质条件， 并通过具体的理论推算 得到结论， 通过精准预测工作面不同区域的压力、 不 同管道的通风速率和区域瓦斯含量，进一步挑选最 匹配的支架类型。 需要注意的是， 理论推算仅仅作为 基础依据结合实际需要以及法律法规是不可或缺的 步骤。 4） 研究产品的经济属性， 例如在矿井环境下作 业， 尽可能采用通用性较高、 制造成本较低的类型， 有助于间接增加经济利润。 综上所述，选用支架类型的主要考虑因素包括 围岩顶板、 煤层情况、 经济属性、 力学性能以及环境 条件等[5-6]， 详细内容如表 1 所示。 4结论 在进行液压支架选择时， 应结合工程实际， 主要 考虑煤层条件、 支架结构性能及经济成本等因素， 合 理选择液压支架， 以实现对井下环境的支护保护， 保 证井下作业的安全， 提高企业的经济收益。 参考文献 [1]张涛.浅谈两柱掩护式液压支架在同煤集团的应用[J].科技情 报开发与经济， 2010 （8） 207-208. [2]孙长春.液压支架的现状与发展思路[J].科技情报开发与经济， 2009， 19 （6） 150-152. [3]蔡毅.液压支架分析优化技术研究[D].武汉 华中科技大学， 2012. [4]郑兰芳， 薄煤层.大采高及放顶煤液压支架技术综述[J].煤矿机 械， 2011， 32 （1） 5-8. [5]刘娜.对液压支架设计的探讨[J].中国新技术新产品， 2012 （22） 112. [6]张丹.基于虚拟样机的液压支架强度试验方法研究[D].西安 西 安科技大学， 2010. （编辑 贾娟） 1基本顶； 2直接顶； 3煤层； 4弯曲下沉带； 5裂隙带； 6冒落带 图 2矿用液压支架与围岩的关系示意图 名称结构力学性能应用环境 掩护式液压 支架 二柱支掩 掩护式 底座承压区域均匀分布 支架承压性能差 围岩基本顶 （一级以 及二级煤层） 二柱支顶 掩护式 底座承压区域均匀分布 支架承压性能强 结构性能高度稳定 围岩基本顶 （一级以 及二级基本顶、 一级、 二级以及三级直接 顶、 底板三级及以上 煤层） 支撑掩护式 液压支架 四柱支撑 掩护式 底座承压区域均匀分布 支架承压性能强 应用情景多样 围岩直接顶 （二级以 及三级、 二级、 三级以 及四级基本顶， 底板 级别无固定限定） 四柱 X 型 掩护式 结构伸缩幅度大 调节范围大 支架承压性能差等 薄层煤矿 表 1液压支架力学性能以及应用环境 1 2 3 4 5 6 Application of Hydraulic Support in Coal Mine Environment Shi Peiyu （Yangquan Coal Industry Group Huayue Machinery Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045000） Abstract Combined with the engineering practice, the main structural types of the existing hydraulic support devices for mining are discussed in detail. according to the types and perance characteristics of the support, the relationship between the hydraulic support and the surrounding rock is analyzed according to the structural characteristics of the underground surrounding rock. based on this, the selection principle and consideration factors of the hydraulic support for mining in practical engineering are discussed as to provide theoretical guidance for the correct and reasonable selection of hydraulic support in the actual engineering of enterprises. Key words coal mine; hydraulic support; surrounding rock 274