液壓支架

液壓支架是用來控制採煤工作面礦山壓力的結構物。采面礦壓以外載的形式作用在液壓支架上。在液壓支架和采面圍岩相互作用的力學系統中，若液壓支架的各支承件合力與頂板作用在液壓支架上的外載合力正好同一直線，則該液壓支架對此采面圍岩十分適應。

基本介紹

• 中文名：液壓支架
• 外文名：hydraulic support 
• 出現時間：1954
• 簡稱：支架
• 套用：煤炭工業
• 學科：採礦工程

歷史沿革

1954年英國裝備了第一個液壓支架工作面，當時以英國和聯邦德國為代表的歐洲國家主要發展結構簡單的支撐式支架，其重點分別為垛式和節式支架。直至70年代之前，支撐式支架一直 是世界上最主要的架型，但這種支架穩定性和抗水平載荷能力差，只能用於中厚以下的緩傾斜煤層，支架損壞率高，而且擋矸封閉性差，無法適應中等穩定以下的頂板。從60年代起，蘇聯、匈牙利和法國等先後研製了掩護式支架。由於這種支架穩定性和掩護擋矸性都較好，調高範圍大，所以逐漸發展推廣，早期大多為短頂梁插底式的支掩掩護式支架，雖可適應鬆軟頂板條件，但支撐能力低，工作空間小，配套複雜，生產能力低。70年代中期，聯邦德國引進並研製了掩護式和支 撐掩護式支架，並獨創了帶平衡千斤頂的支頂掩護式 支架，在架型和結構上都取得重大突破，使這種支架不僅具備傳統掩護支架的基本優點，同時大大提高了支撐能力，加大了工作空間和配套能力，而且支架的結構和操作都比較簡單。支撐掩護式支架則吸收了支撐式和掩護式支架的基本特點，有很強的適應性，因此從70年代末以後，支撐式支架逐漸被掩護式和支撐掩護式支架淘汰。

中國自60年代起就開始研製液壓支架，70年代相繼研製成功了各種主要架型，80年代獲得大量推廣 套用。至90年代初，中國煤礦液壓支架工作面的煤炭 總產量已達到1.5億t/a左右。

從80年代中期起，以美國和澳大利亞為代表，液壓支架主要向強力、可靠、快速和自動控制方向發展， 以滿足高產高效採煤的要求，為此大力發展和推廣電液自動控制技術，改善供液系統，提高支架的支撐能力和可靠性，簡化結構和操作。其它一些國家又根據不同的生產地質條件發展相適應的最佳化合理的架型，包括各種特種液壓支架，提高液壓支架的使用性能，擴大適用範圍。

分類

按架型結構與圍岩關係分：

1.掩護式

（1）支撐掩護式；（2）支頂掩護式。

2.支撐掩護式

（1）支頂支掩支撐掩護式；（2）支頂支撐掩護式。

3.支撐式

（1）節式支架；（2）垛式支架。

按適用煤層傾角分：1.一般工作面支架；2.大傾角支架。

按適用采高分：1.薄煤層支架；2.中厚煤層支架；3.大采高支架。

按適用採煤方法分：1.一次采全高支架；2.放頂煤支架：（1）低位放頂煤液壓支架；（2）中位放頂煤液壓支架；（3）高位放頂煤液壓支架。3.鋪網支架；4.充填支架。

按在工作面的位置分：1.工作面支架；2.過渡支架（排頭支架）；3.端頭支架。

按穩定機構分：1.四連桿機構支架；2.單鉸點機構支架；3.反四連桿機構支架；4.單擺桿式支架；5.機械限位支架（橡膠限位、彈簧鋼板限位、千斤頂限位）。

按組合方式分：1.單架式支架；2.組合式支架。

按控制方式分：1.本架控制支架；2.鄰架控制支架；3.成組控制支架。

按控制原理分：1.液壓直接控制支架；2.液壓先導控制支架；3.電液控制支架。

除以上各種分類外，還有最新的超靜定液壓支架。

基本結構

液壓支架由液壓缸（立柱、千斤頂）、承 載結構件（頂梁、掩護梁和底座等）、推移裝置、控制 系統和其它輔助裝置組成，如圖2所示。

立柱 支撐在底座和頂梁或掩護梁之間調節支架 高度並承載的液壓缸，要求有較高的抗壓抗彎強度和 密封性能。常見為雙作用式，有全液壓和液壓加機械調 整兩種伸縮方式。按液壓伸縮級的數量可分為單伸縮 和雙（多）伸縮式，後者伸縮量大，調整方便，但結構 較複雜。機械調整多採用卡環加長桿 式，使用雖不如全液壓的方便，但結構 簡單，維護容易。立柱主要由缸體、活 柱、導向套和密封件等組成，常用缸徑 φ140～φ320，工作壓力30～50MPa。缸 體採用強度高、延伸性好的無縫鋼管 製成。進液方式多用結構簡單的外進 液式，進回液口位於缸體上，必要時也 用內進液式，其進回液接頭位於活柱 頭部。立柱上下端多用球面連線，可減 少偏載且便於轉動和拆裝。

千斤頂 是液壓支架上除立柱之 外用於完成推移、護幫和調架等功能 的其它液壓缸總稱。動作原理和結構 型式與立柱類似，多為單伸縮雙作用 式。所承受載荷一般小於立柱，故缸徑 和壓力也較小，常見缸徑φ63～φ200。 兩端連線多為鉸接銷軸式。浮動活塞 千斤頂是一種特殊結構形式，其活塞 可在活塞桿上滑動，主要用於推移千 斤頂。

頂梁 直接與頂板接觸，傳遞支 撐力並起護頂作用的承載構件。不同 架型的頂梁有不同特點。按縱向連線 方式可分為整體式和分段鉸接式，前 者結構簡單，端部支撐力大，操作方便，但過長時不利 於接頂和運輸安裝。鉸接式頂梁接頂較好，便於安裝運 輸，但前端支撐力小，結構較複雜。鉸接式頂梁包括主 頂梁、前梁和後梁等。主頂梁又稱主梁，即立柱上方的 頂梁。前梁又稱前探梁，鉸接在主梁前方支護無立柱空 間頂板的構件。伸縮梁裝在前梁或主梁內可以向前滑 動伸出，臨時支護工作面新暴露頂板的構件，可分為內 伸式和外伸式。頂梁一般為箱形焊接結構件，某些前探 梁採用彈簧鋼板。

底座 直接與底板接觸傳遞支撐力並用於支托立 柱和其它部件的承載構件。常見結構形式有整體式和 分體式。整體式分為底封和底開兩種；分體式分為左右 分體和前後分體兩種。整體式穩定性好，其中底封式底 板比壓小，底開式則排矸性較好。分體式適應底板變化 的能力較強，有利排矸，但穩定性和適應軟底板較差。 前後分體式只用於少數支撐式支架和端頭支架。

掩護梁 連線頂梁和底座（或連桿），承受支架水 平力和垮落頂板岩石壓力，防止採空區冒落矸石進入 支架的構件。它是掩護式和支撐掩護式支架的主要結 構部件，多為整體式箱形結構。部分放頂煤支架的掩護 梁有放煤視窗。

雙紐線機構 又稱支架四連桿機構。由掩護梁、底 座和前、後連桿鉸接形成的穩定機構。廣泛用於掩護式 和支撐掩護式支架，個別也用於支撐式支架。支架升降 時頂樑上各點沿雙紐線軌跡移動，使梁端與煤壁之間 的端面距變化較小，同時可以承受頂板水平力，使立柱 無需復位裝置。個別支架採用單個連桿（即單擺桿），或 輔以液壓千斤頂。為了減小四連桿機構的受力，更方便 地控制端面距，80年代德國開始採用液壓前連桿。

推移裝置 用於推移支架和輸送機的裝置。多數 支架的推移裝置連線於支架和輸送機之間，既能移架， 同時又能推輸送機； 少數則有獨立的移架裝置和推輸 送機裝置，如節式支架等。推移裝置多數布置在支架底 部，個別的布置在頂樑上，或者上下都有。按結構形式 分為框架式、導向推桿式和直接作用式等。框架式利用 反向頂推原理使千斤頂較大的推力用於移架，而較小 的拉力用於推輸送機，滿足實際工況的不同要求。導向 推桿式常用浮動活塞千斤頂或差動原理來減小推力。 這兩種推移裝置都具有導向和抗彎作用。直接作用式 導向抗彎性能差，已漸趨淘汰。

活動側護板 布置在頂梁、掩護梁或連桿側面，起 擋矸和防倒調架等作用的輔助裝置，多由千斤頂、彈 簧、導向桿和結構件等組成，可使支架在一定寬度範圍 內伸縮。常見的有直角伸縮式和鉸接式，後者結構簡單 但封閉性差，只能用於頂樑上，適合於穩定頂板。直角 式結構較複雜，但封閉性好，適用範圍廣，使用普 遍。

護幫板 在支架前方頂住煤壁，防止片幫的板狀 構件，用於易片幫的煤層，常見的有下垂式、單鉸上擺 式和四連桿上擺式等。用護幫千斤頂直接使護幫板擺 動，或者通過連桿機構實現擺動。下垂式擺動量小，後 兩種形式擺動量較大，護幫可靠，必要時還可翻平護幫 板以支托頂板，其中又以連桿式的護幫力較大。厚煤層 支架護幫板還可用伸縮或鉸接方式伸長。

防倒防滑裝置 用於防止支架傾倒和下滑的各種 輔助裝置。常見的防倒裝置有頂梁之間的調架裝置和 斜拉千斤頂裝置等。通常是在支架卸載期間進行調整， 為此必須適應降、移行程的要求。常見的防滑裝置有輸 送機防滑裝置、底調裝置、底座導向梁和排頭支架的兜 角防滑裝置等。

液壓支架控制系統 按控制方式分為液壓和電液 兩種；按動作方式又分為直接式和先導式。液壓直接控 制系統用手動操縱閥直接控制本架或鄰架的液壓缸， 實現支架的各種不同動作，又稱全流量控制。這種系統 結構簡單，維護方便，成本較低，但不便於鄰架控制， 是液壓支架的第一代控制系統。液壓先導控制系統又 稱半流量控制。通過小流量的先導閥和多芯管再經主 控閥控制支架動作，這種系統操作容易，便於實現鄰架 控制和加快動作速度，是第二代控制系統。最新的電液控制系統則採用了微電子和計算機等技術，可以實現動作程式的自動控制，是液壓支架控制系統的主要發展方向。

原理和技術

支架由安設在巷道或硐室 的乳化液泵站供液。當壓力乳化液通過控制系統進入立柱後，支架就升起初撐頂板，隨著頂板下沉，支架對頂板的支撐阻力增高，由安全閥來限定立柱內閉鎖液 體的壓力，實現恆阻支撐。移架時先降縮立柱，使支架 卸載和脫離頂板，然後動作推移千斤頂，以輸送機（或相鄰支架等）為支點實現移架，再以支撐的支架為支點 推移輸送機。支架還可通過各種千斤頂實現護幫、平 衡、調架等各種不同的輔助動作，從而配合採煤機和刮板輸送機實現工作面落煤、支護和運輸的綜合機械化。 液壓支架在工作面按一定間距排列布置，多數為依次 順序移動，少數也採用分段或交替移動等方式。

支護方式 按照支架與配套設備之間相互動作的次序，支架對頂板的支護方式常見有即時和滯後兩種。 即時支護就是在採煤機割煤後立即移架，迅速支護新裸露的頂板，廣泛用於各種頂板條件。滯後支護就是在採煤後先推輸送機然後再移架，它對頂板的支護有較長的滯後時間，只能用於穩定頂板。

支架工作阻力 支架正常工作時，對頂板的最大 支撐力，一般指垂直支撐力。支撐效率指垂直支撐力與 所有立柱工作阻力之和的比值支撐式支架的支撐效率 為1，掩護式和支撐掩護式支架一般小於1，其中支掩 掩護式支架的支撐效率最低，約為0.6～0.75。支架額 定工作阻力用立柱工作阻力之和表示，中國多為 2000～6000kN，最大達10000kN。

支護強度 支架對單位控頂面積頂板所提供的工作阻力。除支撐式支架外該值都隨支架高度而變化。它是根據頂板條件而確定的支架基本參數之一，中國多為0.4～0.8MPa。

支架高度 支架可以伸縮達到的最大與最小高度，前者指立柱處於完全伸出時，後者指立柱完全收縮 時，頂梁處於水平狀態下的支架高度。其比值稱支架伸縮比。其差值稱支架可縮量。支架高度的確定主要考慮 采高及其變化，以及頂板特性、開採方法、支架運輸和 安全等因素。支架實際使用高度應小於最大高度，大於最小高度。90年代初，液壓支架的最大高度已達6m， 最低達0.5m。支架伸縮範圍越大，其適應煤層變化的能力越強，但也相應增加了支架複雜程度和重量。

底板載荷集度 又稱底板比壓。支架底座對單位面積底板上所造成的壓力。比壓過大會使支架陷入底板，影響工作特性並造成移架困難。比壓峰值應儘可能 避免在底座前端出現。

支架中心距 相鄰支架的中心間距。常與輸送機中部槽長匹配，多為1.5m，早期也有1.2m。為了減少工作面液壓元部件的數量，加快推進速度，從90年代起已有加大的趨勢，如1.75m等。