張大偉李炳文，邵政杰，丁林海

(1.西安重工裝備制造集團有限公司，陜西 西安 710054；2.中國礦業(yè)大學(xué)礦山機械研究所，江蘇 徐州 221000；3.西安重裝銅川煤礦機械有限公司，陜西 銅川 727031)

0 引言

由中國礦業(yè)大學(xué)礦山機械研究所設(shè)計，西安重裝銅川煤礦機械有限公司制造的ZY12000/32/55D新型液壓支架在第十七屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流及設(shè)備展覽會上進行了展出，引起了各個方面的關(guān)注。筆者就全國各個礦井普遍使用的液壓支架與該型液壓支架結(jié)構(gòu)及特點進行簡單的分析介紹及對比。

1 液壓支架發(fā)展情況

從20世紀(jì)40年代開始使用綜合采煤機械化以來，采煤工作面支護裝備經(jīng)過了兩次大的變革。最早使用的綜采液壓支架是支撐式液壓支架，也稱為垛式液壓支架，是由英國人發(fā)明的，也可以說是第一代綜采液壓支架，如圖1所示。

圖1 支撐式液壓支架

20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)人發(fā)明了具有四連桿機構(gòu)的液壓支架，是液壓支架的第二次重大變革。具有四連桿機構(gòu)的液壓支架最早使用于煤層較薄的采煤工作面，后經(jīng)民主德國和英國的發(fā)展，四連桿液壓支架也使用在較厚煤層的采煤工作面。四連桿支架主要有兩柱式和四柱式2種支架，其中：兩柱式稱為掩護式支架，如圖2所示，四柱式稱為支撐掩護式支架，如圖3所示。

圖2 兩柱(掩護式)四連桿液壓支架

圖3 四柱(支撐掩護式)四連桿液壓支架

四連桿支架于20世紀(jì)80年代引入我國，經(jīng)過我國兩代科研人員和煤炭人的努力，四連桿支架的支架高度、工作阻力及技術(shù)可靠性得到了大的發(fā)展，并在我國煤礦得到了廣泛的應(yīng)用，是目前我國最主要的綜采工作面支護裝備。

在四連桿液壓支架的基礎(chǔ)上，我國又衍生出放頂煤液壓支架、反四連桿支架等其余的多種架型，但最主要的還是掩護式與支撐掩護式液壓支架。

2 新型礦用液壓支架

該新型液壓支架如圖4所示，取消了四連桿機構(gòu)，采用了“二次搖桿技術(shù)”和“懸浮液壓技術(shù)”。與四連桿支架相比具有較大的行人空間和抗沖擊能力，能適用于沖擊地壓和瓦斯突出的綜采工作面的頂板支護。

圖4 新型礦用液壓支架

2.1 懸浮液壓技術(shù)

懸浮液壓技術(shù)主要體現(xiàn)在該支架采用了懸浮立柱，如圖5所示。懸浮立柱借鑒了懸浮式單體支柱的原理，即活柱內(nèi)腔與活塞腔相通，這樣液壓懸浮力直接通過立柱活柱的內(nèi)腔作用在柱頭上，使液壓懸浮力分擔(dān)了大部分支柱的工作阻力，提高了立柱的穩(wěn)定性和安全性。

圖5 懸浮立柱結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 二次搖桿技術(shù)

二次搖桿即是把掩護梁與頂梁分別看做一個單擺桿，合起來稱為二次搖桿。主動支撐時，依靠調(diào)節(jié)千斤頂?shù)闹瘟?，使頂梁后端切頂線先與頂板接觸，然后立柱上升，使頂梁旋轉(zhuǎn)，慢慢貼合頂板，對頂板的破壞力要比四連桿支架的小。 被動支撐時，頂板施加的壓力，通過掩護梁直接傳遞到立馬與底座上，相比四連桿支架通過前、后連桿的二次傳遞，能承受更大的壓力。

3 新型礦用液壓支架與四連桿支架的對比

3.1 兩種支架的區(qū)別

新型礦用液壓支架與目前普遍使用的液壓支架最主要的區(qū)別是取消了四連桿支架的前后連桿，掩護梁直接與底座剛性連接，用2個調(diào)節(jié)千斤頂替代了掩護式支架中的平衡千斤頂，采用大行程推移千斤頂調(diào)節(jié)支架的梁端距，立柱結(jié)構(gòu)采用單伸縮懸浮式結(jié)構(gòu)。

四連桿支架掩護梁與底座之間通過前后連桿連接，在支架從高到低變化時，能夠很好地調(diào)節(jié)頂梁前端做近似垂直的直線運動，有利于支架與煤壁之間的梁端距控制；但是四連桿連接屬于軟連接，不能直接承受頂板壓力，頂板壓力全部依靠立柱來承受。

3.2 新型礦用液壓支架的特點

通過已經(jīng)加工完成的ZY12000/32/55D新型礦用液壓支架與西安重工公司為陜西某煤礦生產(chǎn)的ZY12000-25.5-50D四連桿支架在滿足相同的三機配套關(guān)系下，進行如下對比。

立柱缸徑：新型礦用液壓支架取消了四連桿機構(gòu)，掩護梁直接與底座進行剛性連接，調(diào)節(jié)千斤頂連接掩護梁與底座，不僅調(diào)節(jié)頂梁的姿態(tài)，還可以提供部分支撐力。在支架工作時，調(diào)節(jié)千斤頂與掩護梁可以分擔(dān)部分頂板承受的壓力，因此減少了立柱承受的壓力。在支架工作阻力相同的情況下，立柱的缸徑可以減小一個規(guī)格。 ZY12000/25.5/50D四連桿液壓支架的立柱缸徑為φ420 mm，立柱安全閥的調(diào)定工作壓力為43.3 MPa；而相同工作阻力的新型礦用液壓支架ZY12000/32/55D的立柱缸徑為φ400 mm，立柱安全閥的調(diào)定壓力為43.5 MPa，兩者相比，可以發(fā)現(xiàn)在調(diào)定壓力基本相同的情況下，同為12 000 kN的支架立柱缸徑可以減少一個規(guī)格。

支架重量：新型支架重量比四連桿支架輕，能減少采購成本，通過比較，新型支架的重量比相同工作阻力、高度的掩護式液壓支架重量減輕約10%。ZY12000/25.5/50D四連桿液壓支架的重量為41.4 t，新型礦用液壓支架ZY12000/32/55D的重量為37.9 t。兩架相比，在工作阻力相同，支架高度比四連桿液壓支架還高0.5 m的情況下，新型礦用液壓支架的重量反而輕了3.5 t左右。

架內(nèi)空間：新型支架架內(nèi)空間大、人行道是四連桿液壓支架人行道寬度的2倍以上，不僅便于行人，而且工作面通風(fēng)面積加大，更適用于瓦斯突出工作面。其優(yōu)勢在薄煤層支架上更加明顯，不僅可加大通風(fēng)面積，并且可使液壓系統(tǒng)管路更容易布置。ZY12000/25.5/50D四連桿液壓支架的人行通道寬度為0.65 m左右，新型礦用液壓支架ZY12000/32/55D的人行通道寬度為1.5 m。新型礦用液壓支架的人行道寬度為四連桿支架的2倍多。

底座前端比壓：新型支架力的傳遞更加直接。頂梁所承受的壓力和水平力，可通過掩護梁直接作用在支架的底座上，能有效降低支架底座前端比壓，承受更大的水平力與頂板壓力。經(jīng)計算，新型礦用液壓支架ZY12000/32/55D底座后端對底板比壓大于前端底板比壓，此情況正好與四連桿支架相反，可以消除四連桿支架底座前端扎底及移架時相對困難的情況。

整體防護性：新型礦用液壓支架后部的整體防護性更好。因新型礦用液壓支架底座后部的立馬采用固定式整體結(jié)構(gòu)，且相對較高，能有效阻擋支架后補采空區(qū)冒落的矸石涌入支架內(nèi)部。同時新型礦用液壓支架在降架的過程中掩護梁沒有向后的趨勢，與四連桿液壓支架相比，杜絕了因支架后部有大塊矸石阻擋而不能使支架下降的情況。

通用性：新型礦用液壓支架采用大行程推移千斤頂調(diào)節(jié)梁端距，能適應(yīng)不同截深的采煤機需求，使三機配套時選型更容易，支架的通用性更好。目前，各個采煤工作面使用的液壓支架基本上都不相同。有時在同一個煤礦的2個工作面，因為采煤機或刮板輸送機的改變，為了控制梁端距，液壓支架也要跟著進行改變。如果采用新型礦用液壓支架后，支架的梁端距可以通過推桿進行輕易的調(diào)節(jié)，提高了支架的通用性。

標(biāo)準(zhǔn)化：更易實現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及系列化設(shè)計。對于立柱缸徑相同，支架高度不一樣的液壓支架，通過更換掩護梁、立馬和立柱就能實現(xiàn)，頂梁和底座可以重復(fù)借用。這樣，能降低不同架型支架的設(shè)計任務(wù)量，使設(shè)計出圖的時間縮短，降低了生產(chǎn)周期。

3.3 新型礦用液壓支架存在的問題

梁端距：因為該支架的梁端變化曲線是以掩護梁為半徑，立馬處銷軸為圓心的圓弧，所以梁端距變化大。在工作面采高范圍變化較大時需要通過推桿伸出一定的距離來調(diào)節(jié)梁端距。但是具體伸出多少不是一個固定的數(shù)值，怎樣控制梁端距在一個合理的范圍使采煤機割煤時不割到頂梁，不易掌握。

支架排列：工作面方向采高范圍變化較大時，新型礦用液壓支架群組的隊列保持與推進控制不易掌握。為了調(diào)節(jié)梁端距，必將導(dǎo)致底座在井下排列時并不是一條直線，打破了傳統(tǒng)的“三直一平”的規(guī)則，為井下的布置及使用帶來新的困難。

4 結(jié)語

新型礦用液壓支架存在許多的優(yōu)點，但也存在一定的問題。特別是其在群組控制及隊列保持、復(fù)雜條件下支架的控制等方面還需進行更深入的研究。有些未發(fā)現(xiàn)的問題，在工業(yè)性試驗過程中還會不斷涌現(xiàn)。但在液壓支架結(jié)構(gòu)形式幾十年沒有改變的情況下，也不失為一次新的大膽嘗試與創(chuàng)新。