支撑掩护式液压支架是煤矿开采的重要设备。煤矿需要安全开采。工人在地下工作。地下有岩石和煤层。岩石会垮落。煤层采空后顶板失去支撑。顶板可能坍塌。液压支架的作用是支护顶板。液压支架保护工作面空间。工作面是采煤机工作的地方。采煤机切割煤块。运输机运走煤炭。液压支架确保这些设备安全运行。液压支架有很多种类。支撑掩护式液压支架是常用的一种。它结合了支撑和掩护两种功能。支撑功能是顶住直接顶。掩护功能是挡住破碎岩石。这种支架稳定性好。支撑力大。适用煤层厚度范围广。很多煤矿使用这种支架。

支撑掩护式液压支架有结构部分。结构包括顶梁。顶梁接触顶板。顶梁用钢板焊接。顶梁要坚固。顶梁上有护帮板。护帮板防止煤壁片帮。片帮是指煤壁塌落。片帮会伤人。片帮会堵塞通道。护帮板很重要。支架有掩护梁。掩护梁在支架后方。掩护梁连接顶梁和底座。掩护梁挡住采空区矸石。矸石是破碎岩石。矸石会涌入工作面。掩护梁防止矸石涌入。支架有前后连杆。连杆连接掩护梁和底座。连杆让支架成为四连杆机构。四连杆机构决定支架运动轨迹。支架升降时顶梁运动轨迹接近直线。这有利于保持支架稳定。顶梁前端与煤壁距离变化小。这个距离叫梁端距。梁端距稳定很重要。梁端距太大顶板支护不好。顶板容易冒落。梁端距太小可能干涉采煤机工作。四连杆机构优化了这个问题。

支架有底座。底座坐在底板上。底座承受整个支架重量。底座把顶板压力传到底板。底座面积要大。底座面积大压强小。底板比较软时底座不会下陷。底座前端有推移装置。推移装置连接运输机。支架移动时推移装置动作。支架和运输机交替前进。采煤机割煤后支架需要前移。支架前移叫拉架。拉架后支架重新支撑顶板。运输机需要推向煤壁。这个动作叫推溜。推溜为下次割煤准备空间。推移装置完成这些动作。推移装置使用液压千斤顶。液压千斤顶是支架的动力部件。

液压系统控制支架动作。液压系统提供动力。液压系统包括泵站。泵站设在工作面巷道。泵站产生高压液体。高压液体通过管道送到支架。管道叫主供液管和主回液管。每架支架有操纵阀。操纵阀控制液体流向。操纵阀连接各个千斤顶。需要降柱时操纵阀动作。高压液体进入立柱活塞杆腔。立柱回缩顶梁下降。需要升柱时高压液体进入立柱活塞腔。立柱伸出顶梁上升。立柱是支架的核心。立柱产生支撑力。支撑掩护式支架立柱倾斜布置。立柱向前倾斜。这提高了支架支撑效率。支架还有平衡千斤顶。平衡千斤顶在顶梁和掩护梁之间。平衡千斤顶调节顶梁姿态。平衡千斤顶保证顶梁接顶良好。

支架工作时反复循环。循环步骤是降柱。降柱解除顶板支撑。支架卸载。然后拉架。支架向前移动一个步距。步距是采煤机一次割煤深度。步距通常是六百毫米或八百毫米。拉架后升柱。升柱重新支撑顶板。升柱要快。升柱后支架达到初撑力。初撑力是泵站压力产生的力。初撑力很重要。初撑力足够才能压实顶板岩层。顶板岩层被压实后形成自承结构。时间推移顶板继续下沉。支架阻力上升。支架阻力达到工作阻力。工作阻力是安全阀调定压力对应的力。顶板压力过大时安全阀开启。安全阀泄液立柱微微下缩。支架让压保护支架不被压坏。压力减小后安全阀关闭。支架保持恒阻状态。这是支架的工作原理。

支撑掩护式液压支架有参数。参数反映支架性能。主要参数是工作阻力。工作阻力单位是千牛。工作阻力有八千千牛一万千牛等。工作阻力要大。工作阻力大支护强度高。支护强度是单位面积顶板承受的力。支护强度单位是兆帕。煤层厚顶板压力大需要高工作阻力支架。支架高度是重要参数。支架高度有最小高度和最大高度。支架适应煤层厚度变化。煤层厚度变化时支架能调整高度。支架伸缩比是最大高度和最小高度比值。伸缩比大适应煤层变化能力强。支架中心距是相邻支架中心线距离。中心距通常一点五米。这些参数决定支架适用条件。

设计支架需要考虑顶板条件。顶板有不同分类。顶板分为坚硬顶板。坚硬顶板完整强度高。坚硬顶板垮落时来压强烈。来压强烈需要支架工作阻力高。顶板有破碎顶板。破碎顶板容易冒落。破碎顶板需要支架护顶能力强。顶梁要铺金属网。金属网防止碎矸掉落。支架有松散顶板。松散顶板像流沙。松散顶板需要封闭支护。支架顶梁和掩护梁密封要好。煤层倾角也影响支架设计。煤层倾斜时支架会下滑。支架需要防滑装置。底座设置侧推千斤顶。侧推千斤顶调整支架位置。防止支架歪斜。地质条件复杂支架设计复杂。

制造支架使用钢材。钢材要高强度。支架承受巨大压力。钢材厚度大。焊接工艺要求高。焊接缝要经过检测。检测方法有超声波检测。焊缝不能有裂纹。支架加工后组装试验。试验在工厂进行。试验台模拟顶板加载。液压支架反复升降。测试支架密封性能。测试安全阀开启压力。各项指标合格才能出厂。支架运输到煤矿。煤矿井下安装。安装需要专门设备。支架拆成部件。部件运到工作面组装。组装后连接液压管路。调试后支架投入使用。

液压支架需要维护。维护保证支架正常工作。维护包括日常检查。检查液压管路泄漏。泄漏及时处理。检查立柱和千斤顶变形。变形部件更换。检查销轴磨损。磨损严重更换。操纵阀要灵活。安全阀定期校验。校验保证开启压力准确。井下环境恶劣。井下有煤尘有水。液压元件容易锈蚀。锈蚀影响密封。液体要清洁。液体过滤很重要。过滤器定期清洗。泵站维护同样重要。泵站提供动力。泵站故障整个工作面停产。维护是重要工作。

支撑掩护式液压支架发展多年。技术不断进步。早期支架简单。支撑力小。可靠性差。现在支架先进。采用电液控制系统。电液控制代替手动操作。电液控制精确快速。支架成组自动动作。跟随采煤机前进。采煤机位置传感器检测。信号传到控制系统。控制系统控制支架降移升。实现自动化采煤。自动化提高采煤效率。减少工人劳动强度。提高工作面安全性。未来支架更加智能。智能支架搭载传感器。传感器监测压力位移。数据传到地面监控中心。工程师远程监控支架状态。预测性维护成为可能。故障发生前提前预警。这减少停机时间。材料科学进步带来新材料。新材料更轻更强。支架重量减轻性能提升。设计方法也在进步。计算机模拟支架受力。优化支架结构。有限元分析计算应力分布。应力集中区域加强设计。虚拟测试减少实物试验次数。研发周期缩短。

支撑掩护式液压支架是综合技术产品。它涉及机械原理。液压传动。自动控制。材料工程。地质力学。支架设计制造是系统工程。煤矿开采依赖可靠设备。液压支架关系矿工生命安全。关系煤炭生产效益。不断改进支架技术是重要任务。研究人员继续努力。目标永远是更安全更高效。煤矿生产实现机械化自动化智能化。这是发展方向。液压支架在其中扮演关键角色。