0前言：放顶煤支架的发展和概况

近三十年，综采放顶煤技术一直是实现厚及特厚煤层机械化开采的主要方法，而两柱掩护式放顶煤支架在与围岩的适应性和自身结构力学性能上具有潜在优势，而且便于实现电液控制，提高综放工作面的自动化程度。两柱放顶煤支架将成为放顶煤技术的一个重要途径^[1-3]。另德国、美国、澳大利亚等发达国家的发展趋势也偏向于两柱掩护式整体顶梁电液控放顶煤支架方向发展 ^[10]。本文结合东煤矿地质条件及放顶煤支架的发展方向研制的一种两柱放顶煤液压支架。

1、四柱与两柱放顶煤液压支架对比分析

1.1四柱式放顶煤支架的优缺点^[3-10]

1）同样中心距尺寸限制的情况下四柱式放顶煤支架可以提高支架的工作阻力。

2）顶梁可设置铰接前梁，前梁上下摆动可适应顶板起伏的变化。支架运输状态时前梁可旋转90°或拆掉，减小运输尺寸。前梁及前梁千斤顶的设置可缓解顶梁恶劣情况下的受力状态，避免支架拔后柱的情况发生。

3）四柱放顶煤支架结构稳定强适应于倾角较大的工作面。

4）四柱放顶煤支架前后柱随合力作用点的变化易产生受力不均，降低支架的支撑效率。

5）四柱放顶煤支架千斤顶种类多，操作复杂不利于实现电液控制。

1.2两柱放顶煤支架的优缺点

1）两柱放顶煤支架的与围岩的适应性好，工作阻力循环变化呈增阻状态，支架支撑效率高，有利于发挥其支撑能力。

2）两柱放顶煤支架平衡千斤顶的合理设置能调节顶梁合理作用点的位置，适应顶板围岩的压力，提高支架梁端力，有利于顶板维护，防止顶板冒顶及片帮。

3）两柱放顶煤支架结构简单，液压管路布置简化，而且便于实现电液控制，使支架平均移架时间和放煤时间均小于四柱。，可进一步提高综放工作面效率。 ^[3-10]

1.3综合对比

两柱与四柱的架型具不同的适应性，根据以下几点来确定选型

1）根据具体地质条件（顶底板条件、煤层倾角、矿井条件）和开采方案来确定。

2）根据客户对支架重量、运输尺寸、配套尺寸的具体要求来确定。

2 煤矿地质条件

土耳其Demir eynez东煤矿KM2煤层厚度25-35米，平均24米，东部边缘煤层厚度小于5米。煤层倾角5°~10°，首采面最大倾角8°。南北走向大规模断层，垂直可达50-100米。埋深350-400m。煤容重：1.45t/m³。顶板为泥灰与石灰岩构成，有很好的耐压强度，45-65Mpa，易碎。底板较软，易受水影响，支护设备须适应底鼓措施，18-20 Mpa。煤硬度25-30 Mpa。

开采方法：煤层厚度为25米左右的煤层，上层一次采全高，采高3.1m截深800mm。顶板坚硬，爆破放顶。下层分两次放顶煤开采一次10.5m。采煤机截割采煤3.1m放煤高度7.4m。预计年产量约300万吨，首采工作面长度180m，走向长度700m。

综合考虑东煤矿煤层赋存条件和配套要求，以及当前放顶煤支架的发展趋势和可靠性最终选定两柱掩护式放顶煤液压支架

3．支架的主要技术参数：

支架型号：    ZFY6800/20/32

支护高度/mm：  2000-3200

支架宽度/mm：  1660-1860

支架中心距/mm：    1750

初撑力/kN：         5064

工作阻力/kN：       6800

平均支护强度/Mpa：  0.78

对底板平均比压/Mpa：1.58

移架步距/mm：       800

主要千斤顶规格：

立柱：           320/290 mm

平衡千斤顶：     160/105 mm

推移千斤顶：     200/120 mm

配套设备：

采煤机：         EL1000

前部刮板输送机： PF4/832

后部刮板输送机： PF4/1132

转载机： PF4/1132

4.支架总体结构特点

1）支架采用整体顶梁加一级护帮板结构，顶梁前端上翘40~50mm，提高支架接顶能力，增大端面支撑能力，配合护帮板可有效防止端面冒顶和煤壁片帮。

2）底座采用全开档刚性底座，推移千斤顶倒装，底座前端设置抬底装置。

3）支架顶梁和掩护梁采用双侧活动侧护板。使用时一侧固定，一侧活动，使支架宽度可在1660-1860mm范围内变化。

4）采用正四连杆稳定机构，前连杆为双连杆，后连杆为单连杆，分别与掩梁和底座铰接，增大了连杆的抗弯和抗扭能力。

5）主要装配孔的孔轴间隙不大于0.85mm，横向间隙不大于8mm，提高支架稳定性。

6）支架顶梁和掩护梁最大夹角时均设机械限位装置。平衡油缸设防坠落装置。

7）顶梁与掩护梁铰接处采用圆弧包容结构，间隙10mm，有效的防止矸石漏入支架内，为支架的操作与维护提供安全保证。

8）支架适应于俯采、仰采的工作面，工作面走向倾角0-10⁰。工作面倾角0-10⁰。

9）支架主要结构件及油缸按重量在合理位置布置起吊环或起吊孔。

10）立柱安全阀流量500L/min，立柱柱卧设有填充物，立柱设置保护套。

11）支架采用18功能进口电液控制，每台支架的进液管上安装自动反冲式过滤器，过滤精度为25μm。推移油缸推溜控制回路设液压闭锁装置，防止运输机倒拉。

12）支架设置尾梁机构，通过调节摆动尾梁实现放煤，并将煤送入后部输送机，尾梁采用带伸缩插板结构，插板的插齿具有破大块煤能力。

13）每台液压支架的立柱下腔分别安装压力表一个，以监测立柱的工作压力。

4.支架的优化

两柱掩护式支架平面受力分析方法

平面受力如图1：

图1  

支架垂直合理及合理作用点分别为

前后连杆受力

式中 f---顶梁与顶板间的摩擦因数，一般取f=0~0.3

     P---立柱总工作阻力  P_E---平衡千斤顶总作用力

通过计算机辅助软件进行优化设计得出受力分析曲线如下

图2 梁端距变化曲线

图3  支架支护强度变化曲线

图4  支架支撑力变化曲线

图5 底板比压变化曲线

4结论，经过对比分析，为东煤矿选型的两柱掩护式放顶煤液压支架与围岩的适应性强，受力分析良好，结构简单电液控制便于操作。支架的选型方案合理且满足矿方的使用要求。

参考文献：

[1]耿东锋，王启广，李琳.我国综合机械化采煤装备的现状与发展[J].矿山机械，2008,36（12）：1-6.

[2]王国法.两柱掩护式放顶煤液压支架设计研究[J].煤炭科学技术，2003,31（4）：36-38.

[3]孙公赞，张晓东，樊军.两柱与四柱放顶煤支架架型及结构浅析[J].煤矿机械，2009,32（20）：167-169.

[4]杨培举，刘长友，金太.两柱掩护式综放支架的承载规律及工艺研究[J].采矿与安全工程学报，2010年，27（4）,512-516

[5]于海勇，于海波，吴兆华.四柱式与两柱式放顶煤支架适用条件分析[J].煤炭科技，1999年，，，59-63

[6]杨培举.平衡千斤顶对放顶煤两柱掩护支架适应性的作用[J].采矿与安全工程报，2009（10）

[7]任永强，于海勇，范志肿.两柱式放顶煤支架支撑效率分析[J].煤炭科学技术，2011，39（4）：94-96

[8]马端志.四柱支撑掩护式放顶煤液压支架支护性能分析[J].煤矿开采，2009，14（5）：56-57

[9]阚世光.两用低位放顶煤液压支架及使用[J].煤矿开采，2011，16（5）：61-62

[10]王国法等.液压支架技术[M].煤炭工业出版社，1999.

作者简介：张海建（1985年-），男，汉，河北唐山人，助理工程师，学士学位，2009年毕业于沈阳理工大学，主要从事液压支架研发。