摘 ?要：我國(guó)目前綜采液壓支架發(fā)展逐漸完善，已研制出適應(yīng)各種煤層條件下的液壓支架，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)理念與手段的進(jìn)一步提升。大力發(fā)展薄煤層液壓支架、大采高液壓支架、放頂煤液壓支架、順槽超前支架等液壓支架。液壓支架向智能化發(fā)展，在已有的立柱壓力、頂梁傾角、推移位移監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，需要全面掌控設(shè)備、環(huán)境、人員等信息，上傳至井下順槽集控中心為智能化無(wú)人采煤提供決策數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：液壓支架;設(shè)計(jì)理念;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1958年我國(guó)第一臺(tái)液壓支架誕生， 1970年我國(guó)第一套全工作面綜采設(shè)備開(kāi)始工業(yè)性試驗(yàn)，2004年開(kāi)始國(guó)產(chǎn)液壓支架全面替代進(jìn)口，2015至今我國(guó)煤機(jī)企業(yè)設(shè)計(jì)制造的液壓支架先后出口澳大利亞、德國(guó)、美國(guó)。

機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化是綜采技術(shù)發(fā)展的3個(gè)典型階段，綜采技術(shù)的終極目標(biāo)是無(wú)人化。

1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)理念與手段的進(jìn)一步提升

1.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的提升

我國(guó)的液壓支架技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前執(zhí)行的GB25974.1—2010中27 000次壽命，基本已與歐洲的EN1804.1要求的26 000次以及JOY公司的3萬(wàn)次看齊。但近年來(lái)澳洲和美國(guó)的項(xiàng)目招標(biāo)將標(biāo)準(zhǔn)提升到了6～9萬(wàn)次，對(duì)支架的可靠性提出了更高的要求，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將超高端支架壽命提升至10萬(wàn)次，且全為復(fù)合加載方式，已超歐標(biāo)2～3倍，但在測(cè)試過(guò)程的監(jiān)測(cè)與測(cè)試后的檢驗(yàn)分析技術(shù)還需要進(jìn)一步提升。

1.2 設(shè)計(jì)理念的提升

隨著綜采技術(shù)的自動(dòng)化、智能化升級(jí)，可靠性設(shè)計(jì)是最重要的設(shè)計(jì)理念之一，在近年的研發(fā)實(shí)踐中，糾正了以往主要依靠大面積選用高強(qiáng)板提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而提升可靠性，需要考慮到局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)整體剛度的統(tǒng)一，液壓支架的高可靠性設(shè)計(jì)還需要向整體低應(yīng)力等強(qiáng)設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變。

美國(guó)、歐盟、日本、澳大利亞相繼出臺(tái)綠色產(chǎn)品相關(guān)法規(guī)，綠色設(shè)計(jì)、綠色制造作為其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)策略的一部分。我國(guó)作為煤機(jī)裝備制造與出口大國(guó)，進(jìn)行產(chǎn)品的綠色制造勢(shì)在必行。應(yīng)用綠色理念的液壓支架生產(chǎn)制造的核心是：在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程中，采用清潔能源以及綠色材料等，通過(guò)合理、科學(xué)的綠色設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和制造出綠色產(chǎn)品，并最終形成一個(gè)可持續(xù)性的液壓支架制造及使用回收的綠色模式。其中液壓支架的綠色制造主要包括：立柱、千斤頂凈成型加工技術(shù);液壓支架高強(qiáng)板免預(yù)熱、免焊后處理焊接新工藝研究;液壓支架Rapid高效可靠焊接制造新工藝;液壓支架主體結(jié)構(gòu)件全自動(dòng)化高效低能耗焊接生產(chǎn)線(xiàn)。

1.3 設(shè)計(jì)手段的提升

國(guó)內(nèi)煤機(jī)企業(yè)大部分已實(shí)現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計(jì)，部分企業(yè)還建立了貫通設(shè)計(jì)-工藝-制造的模塊化管理模式、建立貫通銷(xiāo)售、設(shè)計(jì)、工藝、采購(gòu)、質(zhì)量、生產(chǎn)、售后各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品全生命周期協(xié)同模式。開(kāi)發(fā)了系列優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)從支架選型、方案設(shè)計(jì)、模型圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、有限元模擬仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)全流程的數(shù)字化管理。仍需進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件與模擬仿真手段。

2 液壓支架技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 大采高支架

2004年液壓支架的國(guó)產(chǎn)化以來(lái)，大采高支架取得了巨大的進(jìn)步，在我國(guó)先后實(shí)現(xiàn)了世界首套6.2 m、6.3 m、6.5 m、7 m、8 m大采高工作面，世界最高的8.8 m超大采高綜采工作面將會(huì)在近年內(nèi)下井。工作阻力從12 000 kN，經(jīng)歷了18 000 kN、

21 000 kN，提升到26 000 kN。大采高支架中心距從1.75 m

增加到2.05 m，直到目前的2.4 m。工作面單產(chǎn)提升到1000萬(wàn)t～1500萬(wàn)t。大采高支架還需要在提高初撐力和橫向穩(wěn)定性方面繼續(xù)提升，在大采高支架維修維護(hù)上的人性化設(shè)計(jì)上進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)。

2.2 放頂煤支架

我國(guó)的綜采放頂煤技術(shù)及支架一直處于國(guó)際領(lǐng)先水平，目前采用強(qiáng)力放頂煤電液控制綜放工作面產(chǎn)量最大年產(chǎn)量可達(dá)1 500萬(wàn)t，工作阻力最大達(dá)21 000 kN，支架中心距最大至2.05 m。進(jìn)一步提升綜放工作面的效率以及適應(yīng)性，一方面需繼續(xù)發(fā)展大采高放頂煤技術(shù)、優(yōu)化配置綜放工作面供回液系統(tǒng)及架內(nèi)系統(tǒng)的流量設(shè)計(jì)。還要注重更適應(yīng)于綜放自動(dòng)化開(kāi)采的兩柱放頂煤液壓支架的研發(fā);另外自動(dòng)化放煤技術(shù)逐漸成為綜放開(kāi)采自動(dòng)化的瓶頸，亟待突破。

2.3 薄煤層支架

薄煤層由于煤質(zhì)優(yōu)越和國(guó)家對(duì)資源開(kāi)采的監(jiān)管要求，各大煤企越來(lái)越重視薄煤層的開(kāi)采，薄煤層液壓支架縮回高度低至0.5 m～0.6 m，工作阻力提升至4 000 kN～6 800 kN，今后阻力會(huì)繼續(xù)向8 000 kN～10 000 kN發(fā)展。對(duì)于薄煤層液壓支架今后主要在高可靠性、大伸縮比立柱的研發(fā)，控制系統(tǒng)和主控閥向集成化、小型化發(fā)展。

2.4 大傾角支架

基于復(fù)雜多變的煤層賦存和豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，中國(guó)的大傾角支架及技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位，近年來(lái)，主要指標(biāo)工作面傾角已到55°～60°，且相關(guān)技術(shù)已成套出口俄羅斯。大傾角液壓支架需要在主動(dòng)、被動(dòng)防倒技術(shù)，防滑技術(shù)，安全防護(hù)技術(shù)，端頭防護(hù)技術(shù)上繼續(xù)研究，提升技術(shù)的適應(yīng)范圍和可靠性。

2.5 超前液壓支架

超前支架極大地提高了巷道超前支護(hù)的安全性，減少了超前支護(hù)工的勞動(dòng)強(qiáng)度，在我們所調(diào)研的綜采工作面順槽超前支護(hù)工作面作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，超前支護(hù)支架操作由工作面液壓支架操作人員兼職完成，操作簡(jiǎn)便。超前支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式多樣靈活，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的超前支護(hù)支架均由設(shè)計(jì)單位根據(jù)不同的作業(yè)條件做出針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

3 液壓支架的智能化

3.1 液壓支架本身的智能化控制

在現(xiàn)有電液控制系統(tǒng)已有的立柱壓力、頂梁傾角、推移位移監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步集成人員感知、支架自身工況（銷(xiāo)軸受力、支架動(dòng)作、立柱下縮量）感知、環(huán)境感知（粉塵、瓦斯），全面掌控設(shè)備、環(huán)境、人員等信息，上傳至井下順槽集控中心，為智能化無(wú)人采煤提供決策數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜采工作面智能化系統(tǒng)

綜采工作面的智能化控制實(shí)現(xiàn)的前提是綜采面各設(shè)備自身實(shí)現(xiàn)智能控制，以“大數(shù)據(jù)”為基礎(chǔ)、以工業(yè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為途徑、以數(shù)據(jù)分析和處理為依據(jù)、以專(zhuān)家決策方案為指導(dǎo)方針、以高端設(shè)備和移動(dòng)終端為依托平臺(tái)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，打造高端綜采工作面安全、高效的自動(dòng)化生產(chǎn)。綜采工作面的智能化控制包括智能支架電液控制子系統(tǒng)（帶無(wú)線(xiàn)遙控器）、工作面人員識(shí)別系統(tǒng)、采煤機(jī)集控系統(tǒng)、三機(jī)控制通信子系統(tǒng)、智能刮板輸送機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)、皮帶機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)、泵站控制子系統(tǒng)、水處理控制子系統(tǒng)、組合開(kāi)關(guān)監(jiān)控子系統(tǒng)、移動(dòng)變電站監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)自移控制子系統(tǒng)、皮帶機(jī)自移監(jiān)控子系統(tǒng)及視頻監(jiān)控子系統(tǒng)。

4 物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)下液壓支架產(chǎn)業(yè)發(fā)展

4.1 液壓支架智能化制造

在中國(guó)智造2025大背景下，液壓支架制造廠商積極進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)液壓支架行業(yè)的智能工廠、智能制造、智能物流。智能制造需要突破液壓支架主體結(jié)構(gòu)件智能化、自動(dòng)化拼裝焊接，立柱千斤頂智能化、自動(dòng)化制造。智能物流則需要基于PLM和ERP實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全壽命周期過(guò)程管控集成與優(yōu)化。

4.2 創(chuàng)新液壓支架營(yíng)銷(xiāo)與服務(wù)模式

在各行業(yè)新零售的創(chuàng)新模式趨勢(shì)中，液壓支架行業(yè)演變出一種設(shè)備融資租賃的新型營(yíng)銷(xiāo)模式和全壽命周期專(zhuān)業(yè)化服務(wù)模式。設(shè)備融資租賃將會(huì)緩解用戶(hù)企業(yè)的資金壓力、優(yōu)化企業(yè)的資產(chǎn)負(fù)債以及豐富企業(yè)的融資渠道，專(zhuān)業(yè)化服務(wù)模式大大延伸了支架產(chǎn)業(yè)鏈的價(jià)值，這種創(chuàng)新的模式為煤礦用戶(hù)和煤機(jī)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了雙贏。

參考文獻(xiàn)

[1]雷靜.液壓支架與泵站[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2014：229-233.

[2]雷靜，張定堂.液壓支架與泵站[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2019：157.