李 魏

（霍州煤電呂臨能化公司龐龐塔煤礦，山西 臨縣 033200）

引言

綜采開采技術(shù)是針對(duì)厚煤層傳統(tǒng)開采方式進(jìn)行變革的。自20 世紀(jì)80 年代初以來，液壓支架的發(fā)展歷經(jīng)高、中、正、四樞軸小插板，兩立柱式掩護(hù)式到大采高低位放頂煤液壓支架，框架類型的每一次重要轉(zhuǎn)變都推動(dòng)了放頂煤開采技術(shù)的進(jìn)步。并且，放頂煤技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也推進(jìn)了放頂煤液壓支架的發(fā)展。圖1 所示為各種液壓支架。

圖1 各種放頂煤液壓支架

1 放頂煤液壓支架的最新發(fā)展

為了解決10 m 以內(nèi)厚煤層開采的問題，提出了綜放開采并配備液壓支架和成套設(shè)備。由于采用大采高全機(jī)械化開采技術(shù)，工作面厚度能夠提高到12m，工作面的生產(chǎn)能力超出了1 000 萬t/年。

1.1 大采高綜放液壓支架的關(guān)鍵技術(shù)

1）相關(guān)研究結(jié)果顯示，在增加了全機(jī)械化液壓支護(hù)的開采高度之后，工作面水平和垂直方向上圍巖活動(dòng)的面積顯著擴(kuò)大，巖壓的發(fā)生明顯增加。頂梁的不穩(wěn)定性和旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性對(duì)梁的前端和后端的支撐要求比較高。

2）在大采高綜采工作區(qū)，控制煤壁側(cè)大面積片幫的主要措施包括：加大支架的初始支護(hù)工作阻力，提高主動(dòng)支護(hù)頂板的能力。帶有壓力的可移動(dòng)框架及時(shí)地對(duì)頂板（煤）進(jìn)行支撐，通過這樣的方式讓頂梁和頂板（煤）之間有較為理想的接觸，這能夠降低煤壁前方產(chǎn)生的支撐壓力。綜采的液壓支架配備有護(hù)幫板，在煤壁附近使用護(hù)幫板會(huì)增加煤壁的側(cè)向約束力和煤壁片幫的程度。如果在工作面中存在碎裂或頂板局部冒落等異常區(qū)域，則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆椒▉斫档筒筛?，減小剪切深度或加固煤壁，并提升剪切及其在牽引上的速度，通過這樣的方式降低破碎的程度[1-2]。

1.2 大采高綜放液壓支架的應(yīng)用

在大同塔山煤礦以及華亭煤礦等18 m 厚的煤層的開采中也顯示出了同樣的規(guī)則。運(yùn)用較為堅(jiān)固的支架提升支架的支護(hù)強(qiáng)度，保障安全高效生產(chǎn)。大同塔山礦先后使用了四柱強(qiáng)力支架ZF10000/25/38和ZF13000/25/38。生產(chǎn)實(shí)踐證明，增加支架的工作阻力大大提高了支架的適應(yīng)性和效率。塔山礦的日產(chǎn)量創(chuàng)紀(jì)錄地達(dá)到6.9 萬t，每月達(dá)到165 萬t，達(dá)到了每年1 000 萬t的新目標(biāo)。

2 新型分體組合式直線型放頂煤液壓支架的發(fā)展

伴隨著煤炭開采技術(shù)的持續(xù)深化，很多礦區(qū)其儲(chǔ)量相對(duì)較小，大型綜采機(jī)械對(duì)這些角煤的適應(yīng)性較差，很難采用完全機(jī)械化的采礦技術(shù)布置規(guī)則的工作面。無法發(fā)揮其合理的效率。同時(shí)，一些中小型煤礦的巷道狹窄，同樣也限制了大型機(jī)械化采礦設(shè)備的使用。為了滿足中小型煤礦和小拐角處的綜放工作頂煤生產(chǎn)需求，自2006 年以來已開發(fā)出一系列組合式線性放頂煤液壓千斤頂，并已在國(guó)內(nèi)外開始使用，在新疆金城等一些礦區(qū)的使用效果非常理想。

2.1 分體組合式直線型放頂煤液壓支架的特點(diǎn)

組合式直線型液壓支架的頂梁和底座、尾梁以及護(hù)幫板等都屬于分體式,這樣可以有效防止因?yàn)轫敯宀黄胶舛霈F(xiàn)的偏載,分體式頂梁和底座主要是使用鉸接形式分別使用連接箱以及前后拉桿將其聯(lián)系為一體,如圖2 所示。

圖2 分體組合式直線型放頂煤液壓支架

1）組合式線性液壓支柱的頂梁、底梁、后梁和擋煤板均被分開。分開的上橫梁和分開的底座通過樞轉(zhuǎn)連接盒和前后拉桿連接，從而避免了因頂板不平整造成的應(yīng)力和扭曲。

2）組合式線性液壓支柱的分割結(jié)構(gòu)，適用于巷道狹窄的礦井，它可以通過拆卸解體后運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅婧蠼M裝安裝使用，解決了因支架大整體無法進(jìn)入井下的問題。

3）伸縮盒支架采用雙重穩(wěn)定機(jī)制。分離式基座的中部和后部均設(shè)有未覆蓋的盒體。伸縮盒與之配合使用并在其中滑動(dòng)，伸縮盒的孔端鉸接到上梁的腹耳上，以確保支架的穩(wěn)定性。穩(wěn)定機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 分體組合式直線型放頂煤液壓支架適應(yīng)性和穩(wěn)定性分析

2.2.1 適應(yīng)性分析

分割之后組合梁的上梁產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)以及伸縮盒自身的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)保持的運(yùn)動(dòng)相同，同時(shí)其自身的軌跡是垂直的，并且支撐柱的力始終接近理想狀態(tài)。但是，井下實(shí)際的工作條件非常復(fù)雜。其頂部尺寸以及位置都會(huì)產(chǎn)生變化，并且頂部光束部也都會(huì)產(chǎn)生變化。另外，對(duì)于不同尺寸以及方向支架還能夠?qū)ζ渌截?fù)載給予支撐。對(duì)于分離式頂梁，一體式頂梁具有較大的縱橫比。

2.2.2 穩(wěn)定性分析

如果使用整體支架，工作面的煤層傾斜將重心和底板的垂直線的交點(diǎn)推到基座的外邊緣，這樣會(huì)導(dǎo)致支架傾斜或者倒架。如果煤層傾角大于15°，必須防止支架倒架。與整體式支架相比，分體式支架側(cè)向的穩(wěn)定性比較理想，在前后支柱中間分體式支架有伸縮穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，伸縮機(jī)構(gòu)與上橫梁的鉸接點(diǎn)靠近上橫梁合力的位置，大大提高了穩(wěn)定性。

3 放頂煤液壓支架發(fā)展方向

綜采成套設(shè)備的研發(fā)為高產(chǎn)高效的煤炭生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，在使用上更加安全，因此綜合機(jī)械化開采方式在全國(guó)煤炭開采中得到廣泛應(yīng)用。除此之外開發(fā)適應(yīng)性較好的智能化新型放頂煤液壓支架將是以后的發(fā)展方向，具體從以下兩個(gè)方面說明：

1）研發(fā)智能化放頂煤煤巖識(shí)別系統(tǒng)。智能化綜采工作面現(xiàn)在基本能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程或者地面控制，但是現(xiàn)在影響智能化綜放工作面建設(shè)的是放頂煤工序不能實(shí)現(xiàn)煤巖識(shí)別智能化放頂煤，還需要在此項(xiàng)工序中進(jìn)行人工干預(yù)。研發(fā)此系統(tǒng)的意義在于從時(shí)間、回收率、安全方面實(shí)現(xiàn)安全、高產(chǎn)、高效，這對(duì)于提升礦井的安全水平將起到關(guān)鍵作用。

2）為放頂煤進(jìn)行輕型液壓支架的開發(fā)。隨著老礦井的資源枯竭和采煤工藝的落后，有些礦井有很多邊角煤、煤柱不能成功回收或者回收率比較低，分體組合式放頂煤支架如果能結(jié)合輕型放頂煤支架相結(jié)合進(jìn)行研發(fā)，可以為小型礦井及一些資源枯竭的礦井回收邊角煤和煤柱提供一些思路和辦法[3-4]。