液壓支架在煤礦環(huán)境中的應(yīng)用

史佩玉

（陽泉煤業(yè)集團華越機械有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

隨著對煤礦資源的長期開采，機械自動化已成為煤礦工作的核心技術(shù)，礦用液壓支架作為重要施工工具，對降低井下作業(yè)環(huán)境的改善起到關(guān)鍵作用[1]。因井下的地質(zhì)條件存在差異，且液壓支架的規(guī)則以及類型繁多，導(dǎo)致煤礦企業(yè)在施工前選擇工具類型時過于隨意，選用規(guī)則毫無科學(xué)依據(jù)，最終為井下作業(yè)環(huán)境埋下諸多安全隱患[2]。所以必須結(jié)合工程實際，根據(jù)井下圍巖結(jié)構(gòu)特點，主要考慮煤層條件、支架結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟成本等因素，合理選擇液壓支架。

1 礦用液壓支架結(jié)構(gòu)類型及特點

1.1 液壓支架結(jié)構(gòu)類型

液壓支架主要應(yīng)用于井下環(huán)境作業(yè)，目的在于支撐工作面板、礦井頂板，避免落石掉入工作區(qū)域，消除井下工作環(huán)境的安全隱患。此外，有助于推動其他可移動儀器或者設(shè)備。液壓支架包括底座、推桿、千斤頂、連桿等核心零部件[3]，具體模型以及對應(yīng)位置如圖1 所示。

如今，礦用液壓支架規(guī)則類別繁多，施工人員可依據(jù)使用環(huán)境、應(yīng)用場景挑選合適的工具。

1.1.1 按結(jié)構(gòu)特點分類

圖1 礦用液壓支架結(jié)構(gòu)組成圖

通常情況下，礦用液壓支架主要劃分為以下三類：掩護式、支撐式、支撐掩護式。所謂掩護式礦用液壓支架，特點在于立柱支撐于頂梁以及掩護梁，實現(xiàn)立柱與千斤頂雙重掩護目的。所謂支撐式礦用液壓支架，是以節(jié)式以及垛式支架為核心結(jié)構(gòu)。

1.1.2 按使用條件分類

通常情況下，液壓支架的分類方式多樣化，常見的分類方式包括高度、傾斜角度兩種。以高度為劃分依據(jù)，則可細分成薄煤層支架、中厚煤層支架以及厚煤層支架三類，高度區(qū)域分別為不高于1.3 m、介于1.3 m 和3.5 m 之間、不低于3.5 m。以傾斜角度為劃分依據(jù)，則可細分成急傾斜、傾斜以及緩傾斜三類，傾斜范圍分別為不小于45°、介于25°和45°之間、小于25°[4]。

1.2 液壓支架特點分析

支撐掩護式支架結(jié)合支撐以及掩護兩類支架優(yōu)勢，主體結(jié)構(gòu)包括兩排立柱，二者其一可傾斜，從而實現(xiàn)支撐工作面的目的，消除安全隱患，而且整體支撐力度強，安全系數(shù)高，穩(wěn)定性達標(biāo)，主要應(yīng)用在底板硬度較高的中厚煤層。需要注意的是，支撐掩護式支架升降速度低于其他類型支架，且立柱無法均勻受力，支撐面積偏窄，制造以及購買成本高于其他類別，針對厚度較高的煤層實用性不強。

2 礦用液壓支架與圍巖的關(guān)系

在煤礦環(huán)境下，圍巖的核心結(jié)構(gòu)包括:基本頂、直接頂、底板。圍巖的綜合性能影響液壓支架的選用規(guī)則。二者具體的內(nèi)在關(guān)聯(lián)如下頁圖2 所示，因施工過程中，支架工作面內(nèi)底板會受到壓力的作用而產(chǎn)生鼓起現(xiàn)象，導(dǎo)致直接頂產(chǎn)生向下彎曲，甚至存在斷裂風(fēng)險，則施工人員會憑借圍巖變形狀況而采用正確的液壓支架類型并按規(guī)定安裝。綜上可知，支架在設(shè)計階段，必須考慮到與圍巖的相互作用，分析內(nèi)在原理，從而制造出支撐性能強、掩護效果佳的工具，最終達到保護圍巖的目的。需要注意的是，制造階段必須立足于工程實際，考慮制造成本以及綜合性能，確保消除片幫以及冒頂情況。此外，必須強調(diào)液壓支架的護頂裝置具有高強度支撐性能，可依據(jù)圍巖運動情況達到相應(yīng)的保護作用。

圖2 礦用液壓支架與圍巖的關(guān)系示意圖

3 礦用液壓支架選擇原則

1）支架選用階段需要考慮圍巖類型，以圍巖頂板的具體性能為依據(jù)。如果頂板的力學(xué)性能低于平均水平，則采用掩護式支架；如果力學(xué)性能高于平均水平，則建議采用支撐掩護式支架。此外，由于礦井環(huán)境的不可預(yù)測性，要想切實保障員工安全，則可匹配多樣化支架交叉使用，及時應(yīng)對各類突發(fā)狀況。

2）以煤層厚度以及傾斜角度為參考依據(jù)。如果厚度＞2.8 m，且分布不均，則盡可能采用擁有調(diào)節(jié)功能的掩護式液壓支架；如果厚度＞2.5 m，并且頂板承受水平以及橫向的雙重作用力，則盡可能采用擁有較強抗扭矩且高強度的類型；如果傾斜角＞15°，則盡可能采用擁有防滑功能的類型。

3）考慮環(huán)境地質(zhì)條件，并通過具體的理論推算得到結(jié)論，通過精準(zhǔn)預(yù)測工作面不同區(qū)域的壓力、不同管道的通風(fēng)速率和區(qū)域瓦斯含量，進一步挑選最匹配的支架類型。需要注意的是，理論推算僅僅作為基礎(chǔ)依據(jù)結(jié)合實際需要以及法律法規(guī)是不可或缺的步驟。

4）研究產(chǎn)品的經(jīng)濟屬性，例如在礦井環(huán)境下作業(yè)，盡可能采用通用性較高、制造成本較低的類型，有助于間接增加經(jīng)濟利潤。

綜上所述，選用支架類型的主要考慮因素包括圍巖頂板、煤層情況、經(jīng)濟屬性、力學(xué)性能以及環(huán)境條件等[5-6]，詳細內(nèi)容如表1 所示。

表1 液壓支架力學(xué)性能以及應(yīng)用環(huán)境

4 結(jié)論

在進行液壓支架選擇時，應(yīng)結(jié)合工程實際，主要考慮煤層條件、支架結(jié)構(gòu)性能及經(jīng)濟成本等因素，合理選擇液壓支架，以實現(xiàn)對井下環(huán)境的支護保護，保證井下作業(yè)的安全，提高企業(yè)的經(jīng)濟收益。