掩護式及支撐掩護式液壓支架特性及工作狀況分析

1、掩護式及支撐掩護式液壓支架特性及工作狀況分析當前，綜合機械化采煤技術在我國迅速推廣，許多地方和礦屬的機械廠都紛紛制造采 煤機和液壓支架，許多中小型礦井甚至地方煤礦都采用了綜合機械化采煤技術。液壓支架 是綜合機械化采煤的主要設備之一，為幫助煤礦工程技術人員、管理人員和技術工人了解 和更好地使用液壓支架，本文對掩護式及支撐掩護式液壓支架工作原理、特性曲線及支撐 能力進行分析。1、掩護式及支撐掩護式液壓支架類型2、掩護式及支撐掩護式液壓支架工作原理掩護式及支撐掩護式液壓支架有單較式與雙較式兩種主要類型。單較掩護式支架隨 采高的變化，頂梁尖端（較點）圍繞支架的后較點作圓弧運動，因此支架的空頂距隨采高

2、的變化而變化，使支架前端無支護空間增大，不利于頂板控制。見圖2-la）采用帶四連桿的掩護式及支撐掩護式支架（雙狡式），隨采高的變化頂梁尖端的運 動曲線為雙紐線，根據(jù)雙紐線的特點，在設計中可以使頂梁尖端在采高范圍內(nèi)呈近似垂 直層面的直線運動，以保證在支架有效采高范圍內(nèi)，使頂梁尖端距煤壁的距離不變。此 外，帶四連桿的掩護式及支撐掩護式支架（雙錢 式）具有承受水平力的能力。（見圖2- lb）液壓支架的液壓系統(tǒng)由立柱、推移千斤頂、操縱閥、控制閥（安全閥、液 控單向閥）、軟管等組成。（見圖2-2）通過操縱閥和控制閥，液壓支架可完成以下動作（立即支護式）：a.降柱、拉架：采煤機通過該支架、頂板暴露后，立即

3、降柱、拉架；b.升柱：支架被拉到新位置后，升柱，使支架撐緊頂板；c. 推溜：支架撐緊頂板后，利用推移千斤頂推溜。初撐力與工作阻力（屈服載荷）：升柱后，高壓液體進入液壓支架各立柱的活塞腔，立柱逐漸升起直至頂梁與頂板緊1/ 5密接觸為止；與此同時，在立柱活塞腔內(nèi)的高壓液體的壓力迅速增大到液壓泵的工作壓 力。當高壓液體充滿活塞腔時，液控單向閥關閉，將高壓液 體鎖在活塞腔內(nèi)。此時，工 作在泵的工作壓力下的高壓液體壓力稱初撐壓力，支架（所有立柱）對頂板的支撐力稱 初撐力。支架達到初撐力后，頂板不斷下沉，活塞腔的體積不斷變小，活塞腔內(nèi)高壓液體的 壓力不斷增大。為保護液壓支架的立柱不被高壓液體損壞，在活塞腔

4、 的液壓回路中設安 時，若頂板再繼續(xù)下沉，安全閥（屈服閥）動作，從活塞腔內(nèi)放出一點高壓液體，使活 塞腔內(nèi)高壓液體的壓力保持在安全閥調(diào)定的壓力下。此時，工作在安全閥調(diào)定壓力下的 高壓液體壓力稱安全閥工作壓力（屈服壓力），支架（所有 立柱）對頂板的支撐力稱工 作阻力（即屈服載荷）。全閥（又稱屈服閥）。當頂板下沉，活塞下縮到6- 10mm支架的工作阻力是液壓支架的主要參數(shù)，工作阻力決定支架結構尺寸，支架的支撐 能力。關于支架的工作阻力，有兩種觀點：a. 加大工作阻力：支架適應性強，可靠性強，使用壽命長，減少使用過程中維修， 安全，但制造費用高；b. 支架工作阻力必須與頂板條件相適應，只要支架能控制住

5、整個工作面的頂板下沉 與壓力，保持控頂區(qū)內(nèi)頂板的完整與可靠即可。加大工作阻力，使支架重量大、造價 高、裝運使用都不方便。800t,甚至超過1000t。兩種觀點各有道理，支架的工作阻力有逐漸增大的趨勢，要設計支架系列”目前，工作阻力高達400t初撐力也是液壓支架的主要參 數(shù)，初撐力大，立柱能很快達到工作阻力，減少頂板下沉量，避免頂板的離層，改善支 護性能。但初撐力過大易破壞直接頂。目前：P 初=（0. 3-0. 8）P 工，式中：P初為初撐力；P工為工作阻力。初撐力有增大趨勢。3、掩護式及支撐掩護式液壓支架特性曲線3-1 一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力變化曲線（見圖3- 1）2/5在一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻

6、力變化有以下幾個階段：a. 支架前移、重新支撐頂板后，在短時間 ta （10-20秒）內(nèi)達到初撐壓力 Ps, （0-S）為支架的初撐階段；b. 頂板開始下沉，支架的阻力在ta時間內(nèi)迅速增大直至平衡狀態(tài)為止，（S- a）為 支架阻力迅速增加階段；C.當支架與頂板達到相對平衡時，支架阻力處于穩(wěn)定狀態(tài)，（a-b）為支架的穩(wěn)定階段；d. 當采煤機接近支架時，支架阻力增大，（b-c）為截割影響階段；e. 最后，當相鄰支架降柱移架時，頂板載荷突然轉移到該支架，在很短時間內(nèi) （一般為1-3分鐘），該支架阻力迅速增加，（c-d）為又一次迅速增大階段；f. 當支架降柱、前移時，其阻力迅速降至零，此階段為（d-e

7、）。在一個開采循環(huán)內(nèi)，支架阻力的變化從0經(jīng)s,a,b,c,d至e。3-2 -個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力實際變化曲線（見圖3-2）根據(jù)現(xiàn)場實際觀測資料分析，在一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力的變化與圖3-1所表達的曲線有時不同。觀測表明：不同支架，其阻力變化曲線不同；同一支 架在不同循環(huán)內(nèi)，其阻力變化曲線也不同。一個開采循環(huán)內(nèi)支架阻力變化的實 際曲線，大體上可歸納為以下幾類：a. 阻力迅速增大型：如圖3- la,支架支撐后，立柱的阻力迅速增大，達到或超過 立柱的額定初撐力，其特性曲線類似圖3- 1的曲線。b. 阻力迅速增大到工作阻力（屈服載荷）型：如圖3- lb,支架支撐后，立 柱的阻 力迅速增大，達到或超過立

8、柱的額定初撐力。此后，立柱的阻力繼續(xù)增 大，很快達到立柱的 工作阻力（屈服載荷）。此時，安全閥開啟，高壓液體從安全閥泄出，隨頂板下沉，立柱的 阻力不變，直至支架降柱前移為止。C.阻力迅速增大到工作阻力后，阻力繼續(xù)增大型：如圖3- lc,當工作面有周期來壓時，工作面頂板壓力增大,使該支架處于工作阻力狀態(tài)，與增大的頂 板壓力保持平衡。當相鄰的支架降柱、前移時，頂板載荷立即轉移到該支架上，該支架的阻力增大如此之快，以至安全閥還來不及打開釋放高壓液體，從 而導致支架的工作阻力迅速增大并暫時地高于支架的工作阻力。d. 阻力緩慢增大型：如圖3- Id,支架的阻力在整個循環(huán)內(nèi)不斷地、緩慢地增大， 但一直未達

9、到其額定的初撐力，只有當相鄰支架降柱移架時，支架阻力才達到或超過支 架的額定初撐力。該壓力變化曲線常常出現(xiàn)在兩次周期來壓之間。e. 低阻力型：如圖3- le,支架的阻力在整個循環(huán)內(nèi)都低于其額定的初撐 力。這種情況的出現(xiàn)，常常是因為長壁工作面頂板條件的復雜、支護條件的不同而造成 頂板壓力的不均勻性。f. 阻力的降低型：如圖3- If,支架支撐后，立柱的阻力迅速增大，達到或 超過立柱 的額定初撐力，此后在整個循環(huán)內(nèi)，支架阻力不但不升高反而逐漸降低，直至降柱、移 架為止。評價：a型：支架阻力不超過工作阻力，但始終在額定初撐力之上，若能適當?shù)剡x擇初撐 力。這是最理想的一種工作狀況。b型：支架在大部分時

10、間里都處在工作阻力的條件下。若適當設計其工作阻力，且 在此工作阻力期間頂板下沉不會引起任何較大的頂板控制問題。這也是較好的工作狀 況。c型類似b型，只是在鄰架降柱、移架時支架阻力才會突然超過工作阻力。因此， 這就要求支架采用快速或大流量安全閥。d、e、f型，表示支架處于不良的工作狀態(tài)。d型和e型，支架阻力在額定初撐力以下，始終也不能達到工作阻力。支架阻力緩慢增大，可能是由于壓碎支架下方的巖石碎屑或底板凹凸不平造成。e型表示頂板條件更加惡劣，可能會在工作面線前方引起支承壓力的高度集中，造成煤壁嚴 重的片幫。其結果使工作面頂板的無支護空間大大地增加。f型的工作狀況，是由于不斷惡化的軟弱頂板或底板而引起的。4/54、帶四連桿的掩護式及支撐掩護式液壓支架支撐能力及頂梁上載荷分析支撐能力含 義：支撐能力是指當液壓支架的所有立柱和千斤頂都達到工作阻力時頂