采掘机械课程设计_采掘机械论文

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超前支护液压支架的分析

摘要：基于当前工作面超前支护向具有安全性高、支护强度高、机械化程度高等特点的三高超前支护液压支架发展的趋势,论述了工作面超前支护液压支架在支架尺寸、支护强度、支架移动能力、支架寿命、操作等方面的技术要求,并介绍了超前支护液压支架的原理和在现场的实际应用情况,分析了当前各种超前支护液压支架的发展趋势,为其它矿井研制和应用超前支护液压支架提供参考依据。

关键词：超前支护；液压支架；结构特点；应用情况；发展趋势

引言

我国煤矿开采已经有很多年的历史，但煤矿井下的支护问题一直是困扰煤炭开采高产高效，安全生产的重大问题。随着综合掘进工作面生产能力和推进速度的提高，掘进区范围的日益加大，掘进巷道的机械化快速掘进和快速支护成为关键技术之一。我国矿井的顶板多数情况比较破碎，围岩大部分属于不稳定或中等稳定的类型，造成支护起来比较困难，阻碍了掘进速度的提高，为提高井下掘进速度，有效控制顶板事故的发生，需要使用超前支护技术。对掘进工作面的超前支护进行研究，完善巷道掘进工作面超前支护技术，不仅可以掘进与支护平行作业以提高掘进速度和生产效率，而且可以实现安全生产，确保工作人员与设备的安全。

1 超前液压支架设计特点

超前液压支架主要用于工作面切眼外20m 超前支护, 它的主要特点:

(1)超前液压支架具有一定的支撑能力, 并且支撑能力与金属支架的承载能力相匹配, 避免了对巷道顶板的反复支撑, 减缓了巷道围岩的变形,保持了巷道断面的完好。

(2)超前液压支架是液压油缸控制支撑巷道顶板, 因此具有很好的动压让压特性, 能与巷道围岩压力显现相适应。

(3)超前液压支架随着综采工作面推进, 向前快速推移可以满足高产高效工作面的进度要求。

(4)超前液压支架梁体、侧护板可根据巷道断面形状来调节, 具有良好的接顶性和护帮能力。

(5)支架行走推移油缸来完成, 同转载机互为支点。

(6)支架工作阻力依靠满足巷道顶板压力要求。

2 超前液压支架的基本结构、原理

2.1基本结构

超前液压支架属于支撑掩护式。主要由金属结构件、液压系统组成。

主要金属结构件有：顶梁、底座、前、后连杆、掩护梁和中间伸缩梁等。

液压控制系统除了立柱、移架千斤顶、防倒（伸缩梁）千斤顶外，还包括各种液压控制元件（操纵阀组、安全阀、液控单向阀等）和液压辅助元件（管接头件、胶管等）。支架各结构件之间及结构件与液压元件间均通过销轴、螺栓等连接，管路连接采用快速接头、U型卡，拆装维护方便。 每架有4根立柱, 具有挑梁、替柱装置, 另外还可在顶梁两侧根据情况安设防片帮装置, 支架底座设有2根推移油缸, 支架骑在转载机上, 同转载机互为支点, 每采1个步距推移1次。

2．1.1 顶梁

顶梁由两条主筋板、若干条横筋及上、下盖板等组焊成变截面箱形结构。两条主筋夹空内焊有前后共两个柱窝，与立柱活柱球头呈球面接触；顶梁前、后部各设有铰接耳。

2．1.2 掩护梁、前连杆、后连杆

前连杆为厚度较厚的二力杆，除与掩护梁铰接外，另一端与底座铰接。四连杆由掩护梁、前连杆、后连杆及顶梁与底座铰接构成，它使支架上下构成一个完整的运动整体，使支架升降按一定的双纽线轨迹运动，同时承受支架较大的水平力和侧向力，使支架具有抗扭能力。该支架四连杆为倒置四连杆，其中掩护梁为箱形结构，上端与顶梁铰接，中部与前连杆铰接，下部与后连杆铰接。

2.1.3 底座

底座是整个支架的重要承载部件，它的主要作用是将支架承受的顶板压力传递到底板，所以底座既要有足够的刚度和强度，又要满足对底板比压的要求。底座亦为箱形结构，在两条主筋间设有前、后两个柱窝，与前、后立柱缸底呈球面接触；底座中部和后部与前、后连杆铰接。

2.1.4 中间伸缩梁

中间（伸缩）梁是由伸缩梁千斤顶连接的两个内外套接的箱体组成，它的主要作用是连接前后两节支架的顶梁，以便在前后两架交替移架时，保持正在移动的支架的稳定性。中间（伸缩）梁的内、外箱体分别与前、后支架的顶梁铰接。

2.1.5 护壁板

护壁板后侧与顶梁上端铰接，前端用千斤顶与顶梁下端铰接，通过护壁千斤顶的伸缩控制护

壁板的升起和降落，护壁板主要用来遮挡顶板掉落的煤块和矸石，为行人和操作人员形成安全区域，不起主要支护作用。

2.1.6 立柱

立柱有两种结构形式，即双伸缩和单伸缩两种形式，双伸缩立柱调高范围大，使用方便，但其结构复杂，加工精度高，成本高，可靠性较差；单伸缩立柱成本低，可靠性高，但调高范围小。

2.1.7 千斤顶

千斤顶分为护壁千斤顶、伸缩梁千斤、顶移架千斤顶、防倒千斤顶等。

2.2 工作原理

在正常情况下,支架处于支撑状态,在推移时根据巷道围岩条件进行降架、推移、支撑等,在顶板条件差、工字钢棚支护的情况下, 支架可采用带压推移, 可挑梁、替柱很好地满足了顶板支护需要, 而操作又在工作面端头支架下进行, 实现了远距离控制, 保证了操作人员的安全。在转载机向前推移时,支架油缸处于收缩状态,在转载机推移后,超前支架用自己的油缸,将支架推出。支架由工作面泵站供液, 巷道超前液压支架数量可根据巷道超前压力情况而定。

3 应用情况

在工作面的推进过程中发现，迈步式超前液压支架可以有效解决过去综采工作面超前支护所存在的问题，确保工作面的安全回采。

3.1 加大超前支护强度

通过使用迈步式超前液压支架，实现了超前支护作业的自动化，克服了传统的支护方式上的缺陷，大大提高了超前支护强度和作业速度，有效的控制了巷道顶板下沉量，出口高度明显增加； 超前液压支架对巷道围岩控制能力强,尤其在顶板破碎处应用超前液压支架,不但可以适当减少通常锚网支护及架设工字钢棚的数量,而且超前液压支架下的工作空间安全性好,使用中有效防止了冒顶事故的发生,提高了人员作业的安全性。增大了巷道的作业空间，提高了巷道的支护质量，，保证了回采期间的生产安全，大大减少了人为因素造成的顶板事故，实现了本质安全。

3.2 缩短循环作业时间

大幅降低了工人的劳动强度, 提高了工作面单产水平。使用超前液压支架, 取消了单体支柱 支护方式, 提高了劳动效率, 实现了工作面超前支护的自动化, 加快了工作面推进速度。采用迈步式超前液压支架支护出口后，工作面不需要停机，操作工直接操作超前液压支架的操作阀移动支架，完成回柱，放顶和支护工序。采用自移支架后，职工的劳动强度降低，操作速度加快，大大缩短了工作面循环作业时间，提高了开机率，加快了工作面推进速度，提高了工作面单产，为

实现安全高效采煤工作面奠定了基础。

3.3 降低劳动强度

传统的支护作业，一般需要3～4 人。工作面每推进一刀，支护工至少要回撤8 根单体液压支柱，每根单体液压支柱均要人工运到30 m 外的超前支护的前端重新支设，职工的劳动强度大，劳动效率低。使用超前支护液压支架后，每班超前支护作业人数可由原来的4 人作业减少为1～2 人作业，每班可节约2～3 人，且工人劳动强度大大降低，工时利用率显著提高。

3.4为综放工作面大型设备的运输提供了方便快捷的通道。

大型设备(最大宽度不超过2～4 m)需要进出工作面时,可以在超前液压支架中间通过,只需将推移千斤顶卸掉即可,方便快捷。

3.5降低了生产成本, 提高了企业经济效益。

若综放工作面材料巷超前支护采用单体液压支柱,则需要单体液压支柱、铰接顶梁、铁鞋、并且在回采过程中这些支护材料在超前支承压力的作用下很容易损坏,增加了材料费用,而使用超前液压支架,几乎没有成本损耗;另外,使用超前液压支架,取消了专门的超前支护工,单人工资每年可节省15万元。因此,使用超前液压支架,降低了企业生产成本,提高了企业经济效益。 4 发展趋势

我国液压支架经过20多年的发展, 取得了显著成绩,超前支护液压支架的出现提高了综采过程中的安全强度和经济效益，同时降低了生产成本，必然会被广泛的应用，而且还会出现更为完善的改进，煤矿上超前支架将会朝着更加自动化，智能化，集成化的方向发展。

5 结束语

工作面巷道超前液压支架的应用,无论在支护效果,还是支护费用上,取得的经济效益和社会效益是显著的,为综采工作面上下巷超前支护机械化探索出一条新路。另一方面，随着新技术、新工艺的应用,设备功能不断完善, 输煤系统的各个环节必将得到改进和完善, 必将出现更加合理有效的输煤系统配置方式。

6 致谢

感谢老师在这次论文写作中与相关课程方面对我的指导与帮助。

参考文献：

[1] 付 荣 超前支护液压支架的研制及应用[ J] . 煤矿开采,2007, 12 ( 5) : 93 - 94.

[2] 王志忠 综放工作面两巷超前支护段支护形式初探[ J] .煤, 2002, 11 ( 2) : 56 - 57.

[3] 倪兴华, 苗素军, 杨永杰 综放工作面端头及顺槽超前液压支架支护技术[M ] . 北京: 煤炭工业出版社,2008: 2 - 3.

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