液压支架在综合机械化采煤中的应用效果分析

刘玉良

（忻州市煤矿安全生产监管检查组， 山西 忻州 034000）

引言

近年来，液压支架设备在综合机械化采煤方法中的应用越来越广泛，他是综合机械化采煤方法中最重要的设备组成部分之一[1-2]。目前，地下机械化综采设备中以液压支架作为主体，已逐步向程序控制、远程控制和自动化方向发展，液压支架已经在我国各大型矿区中得到了全面应用[3]。液压支架经过几十年来的不断改进与完善，实现了回采工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护控顶等工序的综合机械化运行，我国煤矿产业得到了综合收益的提升。

1 液压支架设备在综合机械化采煤中的功能

综合采煤工作面的支护设备中液压支架发挥着重要作用，如采场顶板、作业空间内的安全维护，能够将工作面的采运设备进行很好的推移。目前，综采煤中的液压支架设备种类较多（如图1、图2所示），但他们的功能却是一致的。

液压支架受其围岩作用及结构特征的影响，通常将其分为三大类，一是支撑式，二是掩护式，如图1和图2所示，三是结合支架的各部件以及功能进行划分的一种类别，具体功能与作用的组成为四个部分，内容罗列如下：

1）结构的承载功能主要作用于顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等构件位置其发挥着重要的承载作用，将顶板与垮落岩石的载荷进行相互传递，最终实现卸荷的作用功效。

2）立柱和各类千斤顶作为液压油缸使用，能够将支架的各类多元化动作转换成液压动力产生。

3）液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀是液压控制的元部件，还包括管路、液压、电控元件等，如控制支架各液压油缸动作及保证就必须依托液压的系统操作功能才能够得以实现。

图1 掩护式液压支架结构

图2 支撑掩护式液压支架结构

2 液压支架的工作原理

自缚升架﹑降架﹑推移输送机和移架等是液压支架的主要工作原理，乳化液泵站内所提供的高压液体作用于产生的液压支架动作，采用同一液压控制系统将其进行有效控制，由液压缸所产生的不同功能来完成上述功能的实现。主管路与第架支架的液压管路形成作面的并行互联（如图3所示），由此形成单凭的液压系统功能，另外，本架内设立了控制液压系统的单向阀及安全阀，至于本加邻架内或者是本架内根据情况来设置操纵阀，应用邻架可将其称之为邻架操纵阀，应用本架可以将其称为本架操作阀。

图3 液压支架的工作原理示意图

2.1 液压支架的初撑作用

支架初撑阶段的形成，首先是操纵的按置，一般在图3中8处升柱位置，再经由泵站将高压液体进行输送，再由图3中6位置进入立住的下腔内，上腔的排液需同时进行操作，在此时活柱与顶梁提升，并对顶板进行支撑。另外纵阀的中位到达是由立柱下腔的压力传达至砂站压力后而形成的，到达至中位后再关闭图3中液控单向阀6，最终封闭立柱下腔液体。通过上述叙述我们可以明确支架对顶板产生的支撑力就是初撑作用力。

2.2 液压支架的承载作用

液压支架的承载对整个液压支架而言至关重要，他的工作原理是通过顶的下沉，均为缓慢进行，这一行驶过程使顶板对支架不断施加压力，这时由初掌封闭的液体再行迅速提升，这时支架受到弹性压缩作用，弹性变形而使缸径得到扩张，这一过程的作用，也就是液压支架的增加与阻断力产生的作用机制。安全阀的动作压力被下腔液全压力超过时，这时液体由安全阀排出，立柱也由此自下降，一直到安全阀的动作压力大于下腔液体时，可行关闭安全阀，排液由此可以被停止，这时立柱的工作应力呈现的是恒定状态，这也是液压支架承载力产生的决定因素，主要由支架安全阀的调定压力来决定的工作阻力。

2.3 液压支架的卸载作用

液压支架的卸载是一种力的转换过程，其主要通过立柱的上腔引入高压液体而形成液控单向阀的池液，上腔引入液体是在操作阀降架位置开始，最终由下腔泄液而成，最终卸载后下降。

2.4 液压支架的整体工作特征

液压支架的整体工作特征曲线如图4所示。

结合图4与上述分析可知，液压支架的支撑力由三个阶段的变化而形成，一是初撑阶段，二是承载阶段，三是卸载阶段，本次研究表明增阻性的产生是由额定工作阻力下工作时高于液压支架时出现，他的主要作用是保证液压支架对顶板的支撑作用，并且在一定的工作阻力时，能够将其设定为恒阻性不变，从而有效控制顶板下沉，使其能够达到即定的下缩效果。另外，液控单向阀和立柱的密封性都是增阻性产生的决定因素，安全阀是恒阻性与可缩性的重要依据。因此，液压支架内安全阀、液控单向阀和立柱是支架性能稳定运行的关键部件。

图4 液压支架工作特征曲线示意图

3 结语

液压支架自身具备良好的支撑能力，在综合机械化采煤设备的应用中扮演着重要的角色，根据模型的建立，模拟力的流转过程，以及液压支架各自发挥的作用特征，明确液压支架在综采工作中的功能，液压支架各元部件有着各自的系统作用与分功，但在运行中却有着互相协同的作用机制，实现回采工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护控顶等工序的综合机械化运行。