【正文】 論 液壓支架現(xiàn)狀液壓支架的設(shè)計(jì)、制造和使用，從1954年英國(guó)研制成功了液壓支架發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)基本成熟，它已經(jīng)形成了能適應(yīng)各種不同煤礦地質(zhì)條件的各類液壓支架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。，老頂級(jí)別為二級(jí)，直接頂類別為一類的掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)。即：支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支架。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所的位置的支架。至今，我國(guó)煤礦中使有的支架類型很多，按照支架采煤工作面安裝位置來劃分有端頭支架和中間液壓支架。前言綜合機(jī)械化采煤是煤礦技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。實(shí)踐證明大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。目前使用的液壓支架分為三類。從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接類別和老頂級(jí)別的不同，支架所承受的載荷也不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對(duì)支架的支撐力承載力的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對(duì)頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。其因此本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)這類掩護(hù)式液壓支架。從液壓支架的形式來看，由支撐式液壓支架發(fā)展到掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架；從支架的質(zhì)量來看，有輕型液壓支架、中型液壓支架和重型液壓支架；從支撐高度來看，有薄煤層液壓支架、中厚煤層液壓支架和厚煤層液壓支架，其中厚煤層液壓支架又分煤層一次采全高液壓支架和中間液壓支架?？傊?，隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，液壓支架設(shè)計(jì)、制造和使用，將越來越完善、安全、可靠。在支架架型功能上我國(guó)與國(guó)外相差無幾，有些地方特別是特厚煤層用的放頂媒支架，鋪網(wǎng)支架，兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處，但國(guó)產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材的耐壓能力一般為16MPa，最好的屈服極限才700MPa，液壓系統(tǒng)壓力在35MPa以下，流量在200L/min以內(nèi)，供液管直徑25～35mm，回液管直徑25～50mm，最快移架速度為10～12s/架，工作阻力更是相對(duì)較低。支架還采用屈服強(qiáng)度800～1000MPa的鋼板，既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。美國(guó)是世界上最先進(jìn)的采煤國(guó)家，澳大利亞液基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn)，使用兩柱掩護(hù)式液壓支架，支架的平均 工作阻力為7640KN，英國(guó)液大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式液壓支架，工作阻力有了很大提高，達(dá)到6000～8000KN 液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)外在液壓支架的設(shè)計(jì)、制造和使用中，新產(chǎn)品在不斷的改進(jìn)和研制中，下面做簡(jiǎn)單介紹。今后，握我國(guó)的液壓支架的設(shè)計(jì)將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快(6～8s/架)和電液控制閥的方向發(fā)展，對(duì)有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可靠推桿和抬底座機(jī)構(gòu)，并減少千斤頂數(shù)量。兩柱掩護(hù)式支架的比重將大大增加，缸的直徑將增至360mm，端頭支架，輕放多用途支架將被廣泛采 液壓支架的組成、分類及支護(hù)方式 液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場(chǎng)頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的各種動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)力。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動(dòng)作及保證所需的工作特性。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。1) 液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與圍巖的作用關(guān)系—般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式(圖11)和支撐掩護(hù)式(圖12) 圖11 掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu) 圖12支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)Figure 11 Coverhydraulic support structure Figure 12 Support for the cover of the hydraulic support structure2) 液壓支架按在采煤工作面的安置位置分，端頭液壓支架和中間液壓支架。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面所有位置的支架。(1) 支撐式支架，支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖13 a）和節(jié)式支架（圖13 b）兩種結(jié)構(gòu)型式。節(jié)式支架由2～3個(gè)框節(jié)組成，移架時(shí)，各節(jié)之間互為支點(diǎn)交替前移，輸送機(jī)用于支架相連的推移千斤頂推移。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：頂梁較長(zhǎng)，其長(zhǎng)度多在4m左右；立柱多，一般是4～6根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。支撐式支架的支護(hù)性能是：支撐力大，且作用點(diǎn)在支架中后部，故切頂性能好；對(duì)頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風(fēng)斷面大。此種支架在現(xiàn)階段的綜采工作面的生產(chǎn)時(shí)都已基本不再采用。 它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：有一個(gè)較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。 掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對(duì)頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。此種支架的優(yōu)點(diǎn)是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾或后傾。通常，兩排立柱都是直接支撐在頂梁上，個(gè)別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。包括放頂煤支架等。 3個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的3種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。2) 滯后支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是：支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)。 液壓支架的工作原理及工作特性液壓支架在工作過程中必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作。如圖14所示圖14 液壓支架工作原理Figure 14 Hydraulic support principle1頂梁 2立柱 3底座 4推移千斤頂 5安全閥 6液控單向閥8操縱閥9輸送機(jī) 10乳化液泵11主供液管12主回油管1) 升柱當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)。2）降柱當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降柱卸載然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁。 液壓支架工作特性圖15 液壓支架的工作特性曲線Figure 15 Hydraulic support the work of curvet0初撐階段 t1增阻階段 t2恒阻階段 P1初撐力 P2工作阻力 支架上升時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化分如下三個(gè)基本階段：1）初撐階段支架在升柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，支架的夜控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初撐階段t0，此時(shí)支架對(duì)頂板的支撐力為初撐力。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。2）承載增阻階段支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安全閥調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力。3）恒阻階段隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調(diào)正值時(shí)，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。支架的工作阻力標(biāo)志著支架的最大承載能力。支架的工作阻力是支架的一個(gè)重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。因此，常用單位支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來表示支架的支護(hù)性能。在具體選擇架型時(shí)，首先要考慮煤層的頂板條件。（2） 架型選擇應(yīng)考慮的因素1) 煤層厚度煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。2) 煤層傾角煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性、傾角大時(shí)易發(fā)生傾倒下滑等現(xiàn)象?！?5176。時(shí)，應(yīng)同時(shí)具有防滑防倒裝置。選型時(shí)，要驗(yàn)算底座對(duì)底板的接觸比壓，其值要小于底板允許比壓（對(duì)于砂巖底板，～，）表21支架架型確定參數(shù)Table 21 stenttype set parameters老頂級(jí)別IIIIIIIV直接頂級(jí)別12312312344支架類型掩護(hù)式掩護(hù)式支撐式掩護(hù)式掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式掩護(hù)式支撐掩護(hù)式支撐掩護(hù)式支撐或支撐掩護(hù)式支撐或支撐掩護(hù)式支撐式采高小于支撐掩護(hù)式采高大于支架支護(hù)強(qiáng)度采高1234（）（）（）（）（）（）〉〉〉〉應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)單體支柱支護(hù)強(qiáng)度采高123.按采空區(qū)處理方法確定注：①括號(hào)內(nèi)的數(shù)字是掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度。②、2分別為II、III、IV級(jí)老頂?shù)姆旨?jí)增壓系數(shù)；IV級(jí)老頂只給出最低值2，選用時(shí)可根據(jù)本礦實(shí)際確定適宜值。5) 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時(shí)間分別在5～8m2和20min以下時(shí)，暫不宜采用液壓支架。此外，對(duì)于特定的開采要求，應(yīng)選用特種支架。 S2—頂板周期來壓時(shí)的最大下沉量、移架使支架的下降量和頂梁上、底座下的浮矸、煤層厚度之和，～。支架的伸縮比Ks＝HmaxHmin＝26001700＝ (23) Ks值的大小反映了支架對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)能力，其值越大，說明支架適應(yīng)煤層厚度變化的能力越強(qiáng)。薄煤層支架可達(dá)3。 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長(zhǎng)度。支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170~200mm。最小寬度一般取1650~1680mm，最大寬度一般取1850~1880mm。 配套設(shè)備選擇綜采工作面采煤機(jī)、液壓支架和輸送機(jī)之間在性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、空間尺寸及相互連接等方面，有著嚴(yán)格的配套要求，以保證綜采工作面的最大生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn)的要求。因此，為保證采煤機(jī)生產(chǎn)能力的發(fā)揮，工作面輸送機(jī)的生產(chǎn)能力要大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，液壓支架移架的速度應(yīng)大于采煤機(jī)的牽引速度。2) 性能配套綜采工作面“三機(jī)”性能配套，主要通過設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)的配套來實(shí)現(xiàn)，以解決設(shè)備性能間互相制約的問題。3) 幾何關(guān)系的配套 為便于司機(jī)觀察和操作，并考慮頂板下沉量的影響，適應(yīng)頂?shù)装迤鸱约懊簩幼兓?、機(jī)身調(diào)斜等情況，使采煤機(jī)沿工作面順利通過，要求支架頂梁和采煤機(jī)工作面之間留有足夠的空間，該空間高度C稱為過機(jī)高度，一般C小于150~250mm。 從安全角度考慮，F(xiàn)應(yīng)愈小愈好，但卻受到機(jī)器結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素的約束， F=B+e+G+x (24)式中 e―煤壁與輸送機(jī)鏟板之間的距離。從前柱到梁端的距離L為 L=FBDx (25)支架工作時(shí)的最小支撐高度H為 H=A+C+t (26)其中 t―頂梁厚度A―采煤機(jī)機(jī)面高度，為采煤機(jī)機(jī)身高度、輸送機(jī)高度和底托架高度和其他附屬設(shè)備的配套煤層傾角大于10176。時(shí)應(yīng)安裝防滑絞車，輸送機(jī)應(yīng)設(shè)置防滑錨固裝置，支架也應(yīng)有防倒防滑和調(diào)架裝置；而對(duì)于大采高工作面設(shè)備，煤層傾角大于10176。本設(shè)計(jì)采用配套 采煤機(jī) 　MLS3H—340 　 刮板運(yùn)輸機(jī) SGZ720/320 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（1）四連桿機(jī)構(gòu)的作用四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要部件之一。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。水平力的合力也相應(yīng)減小，減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。~62176。~85176。2) 對(duì)于掩護(hù)式液壓支架，后連桿與掩護(hù)梁的比值I=~。 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度Ex70 mm,最好在30mm以下?！　?) 后邊桿與掩護(hù)梁長(zhǎng)度的確定。3） 后連桿下鉸點(diǎn)至原點(diǎn)的距離E1，如圖22所示。的運(yùn)動(dòng)軌 圖22 Figure 22跡為近似雙紐線，為使雙紐線最大寬度Ex和θ角盡量小，可把e39。當(dāng)支架高度變化時(shí)，有3點(diǎn)在這條直線上，即：支架在最高和最低以及中間某一位置的3點(diǎn) 。根據(jù)前人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及研究成果可知，當(dāng)e39。到小于90176。a) 支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度為