1、1 概述我国是一个贫油富煤，以煤炭作为主要能源的国家，煤炭的储量产量关系经济的快速发展和国家的安全稳定。我国煤储量十分丰富，据中国第二次煤田预测资料，埋深在1000m以下的煤炭总资源量为2.6万亿t。其中大别山-秦岭-昆仑山一线以北地区资源量约2.45万亿t，占全国总资源量的94%。 我国煤炭产量将由2005年的22亿吨增加至2010年的26亿吨，年均增长3.4%。在煤炭产量持续增加的情况下，根据“十五”历史数据，有研究员预计，煤炭行业固定资产投资仍将维持平稳增长，年均增长10%以上。能源的强烈需求要求煤矿尽快实现机械化，据发展目标，“十一五”期间，我国的煤炭百万吨死亡率将降到1.6以下。此外
2、，煤炭工业的生产技术水平明显提高。其中，大、中型煤矿采煤机械化程度分别达到95%和80%以上，小型煤矿机械化、半机械化程度达到30%以上，平均劳动效率比2005年提高50%，矿井资源回收率达到40%以上。矿区生态环境恶化趋势得到控制，煤矸石、瓦斯抽放和矿井水利用率分别达到75%、30%和60%以上，采煤区沉陷治理取得明显成效，职工收入达到全国工业行业中上水平。1. 1煤矿支护设备介绍 煤矿支护设备是保证回采工作面正常生产和安全生产的重要设备之一，也是煤矿工作面使用规模最大、耗费资金最多的煤机产品。目前世界各国使用的煤矿支护设备主要是回采工作面单体支柱和回采工作面液压支架。回采工作面使用的支护设
3、备有金属摩擦支柱、单体液压支柱和自移式液压支架。它们与采煤机和工作面输送机分别组成“普采”、“高档普采”和“综采”设备。1.1 .1单体支柱 国外主要产煤国家中，单体液压支柱曾经在回采工作面广泛采用，最早研制、使用的国家(如英国)在四十年代后期就已有产品问世。其后，联邦德国、日本、波兰、苏联等国家在五十年代相继采用。我国所使用的单体支柱主要有：1、木支柱2、金属摩擦支柱3、DZ型单体液压支柱1.1.2 液压支架的应用与研究现状液压支架是综合机械化工作面的主体设备，它能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，保持安全的地下作业空间，并实现回采工作面及其相关设备的机械化推移。液压支架与采煤机
4、、可弯曲输送机和顺槽转载机配合，构成了回采工作面的综合机械化设备，从而为煤矿地下开采实现高产、高效和安全生产创造了条件。因此，采用液压支架支护顶板是当代采煤技术的一次重要变革，也是煤矿生产现代化的重要标志。1.2国外液压支架现状支护和控制顶板，保持工作面的安全生产空间，是煤矿地下开采中的首要任务。在二十世纪五十年代前，国内外煤矿生产中，基本上均采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。1954年英国首次研制出液压支架，将液压技术应用到支护设备上，从而开辟了回采工作面支护设备的技术革命。从二十世纪六十年代起，国外各主要产煤国家，如前苏联、英国、法国、澳大利亚、美国、波兰等国家均相继大
5、力发展和研制了各种型式的液压支架，并在煤矿生产中获得了广泛而成功的应用，从根本上改变和提高了地下开采的作业条件和安全性。据统计，目前这些主要产煤国家的地下开采综合机械化程度己达到90%左右，取得了良好的经济和社会效益。八十年代以来， 世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本、实现矿井集中生产做努力， 他们积极开发和应用新技术， 致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。目前，以液压支架为主体的地下开采设备，己逐步向程控、遥控和自动化方向发展。这种新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器， 采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm
6、。为减少割煤时间，一般采用0. 81m 的截深。支架还采用屈服强度8001000MPa 的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性， 又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加， 为适应快速移架的需要， 国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站， 其额定压力为4050MPa ， 额定流量400500L / min ，可实现工作面成组或成排快速移架，达到68s/ 架。美国是世界上最先进的采煤国家， 早在1990年就已采用额定压力50MPa 、额定流量478L / min的乳化液泵站， 以实现支架快速推进， 移架速度达68s/ 架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架， 使用寿命8 10 年， 可用率
7、高达95 %98 % 。支架平均工作阻力6470kN ( 最大为9800kN) ， 支架宽度普遍增大， 中心距达到1.75m ，并向2m 发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。如洛斯公司20 英里矿在2505280m 长壁综采面用工作阻力为28565kN 电液控制两柱掩护式支架，1997 年6 月产商品煤90. 43 万t ， 成为世界上首次月产商品煤近百万吨的工作面； 1995 年9 月， 阿科煤炭公司的西糜鹿矿用工作阻力为8900kN 电流控制的两柱掩护式支架，月产煤达到60. 11 万t 。美国综采工作面最高日产超7 万t ，最高工效1336t /
8、 工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产， 使用两柱掩护式支架， 支架的平均工作阻力为7640kN 。如尤兰矿用电流控制的两柱掩护式支架，在1995 年8 月8 日创下澳大利亚有史以来日产3.41 万t 的最高记录， 班产一直保持在50006000t 。英国也在大力发展两柱掩护式支架， 工作阻力有了很大提高，达到60008000kN 。1.2.1 国内外液压支架现状我国是煤炭生产大国，在二十世纪六十年代也曾研制了几种液压支架，但未得到推广和应用。七十年代我国从英、德、波兰和前苏联等国引进了数十套液压支架，经过试用、仿制和总结经验，到八十年代以后我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展
9、，相继研制和生产了TD系列、ZY系列和ZZ系列等二十多种不同规格的液压支架，并在国内大、中型煤矿中推广应用，大大提高了我国煤矿开采的机械化水平。我国在1964 年由太原分院和郑州煤机厂设计70 型迈步式自移支架， 从此开始了液压支架的国产化道路。1984 年，北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在沈阳蒲河矿进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试验，继而研制了多种低位、中位和高位放顶煤支架， 成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使用。1990 年后， 国产液压支架得到了全面的发展，到1998 年止，全国已建成88 处高产高效矿井，其中14 处矿单个工作面的单产达15.72 万t / 月，
10、原煤生产人员效率达9.16t / 工， 综采机械化水平达49.32 % ，达到了世界先进水平。据统计：1995年，我国统配煤矿的综合机械化程度已达50%左右，液压支架在籍套为509套：2000年统配煤矿机械化程度己达65%。液压支架在籍套数达700多套。目前，国内大、中型矿井中，条件合适的煤层均采用液压支架进行综合机械化开采。液压支架己成为保证安全、高效生产的一种重要设备。在综采比例方面也低与世界产煤大国地位极不相称世界主要产煤国家的综采比例都是全国煤炭井工生产的比例。波兰是92.5 % ，俄罗斯是85.7 % ，乌克兰是76.4 % ， 而美国、德国、英国、日本都是99 %以上。我国1998
11、 年统计，国有重点煤矿回采产量3.67 亿t ，只有1.87 亿t 是综采生产，占49.32 %。而国有地方煤矿的综采比例远低于此数；乡镇地方煤矿则基本是空白。据初步估计，按全国井工生产的煤炭来算，综采比例只有23 %左右。我们液压支架制造技术水平比较落后，在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面与世界先进国家相比还有很大差距。支架液压系统的阀类，用的是乳化油，防锈蚀要求很高，国外一直使用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯；我国是45 号钢加表面防腐处理。密封件的寿命国外大于5a ，我国是2a 左右。我国液压支架耐久性试验要求是大于7 000 次，印度要求是大于35 000 次，美国是大于45 0
12、00 次。这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用，在国内高产工作面及在国际上是没有竞争力的。综采工程技术人员普遍认为目前我国支架的工艺技术水平尚未达到1979 年引进的100套支架的技术水平，可想落后远不止20 a 。国内产煤大矿务局高产工作面使用进口设备这一问题发人深省。我们液压支架控制系统的研究也落后，目前，我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式，虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点，但它存在严重缺点： (1) 工人劳动条件差，安全性差；(2)移架速度慢，影响采煤机效率的发挥； (3) 通风条件
13、差，支架故障率高； (4) 支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。1.2.2 放顶煤开采工艺及放顶煤液压支架放顶煤采煤方法，就是在开采煤层的底部，或在特厚煤层中部位置，布置采煤工作面，利用工作面矿山压力的作用或辅以爆破等方法，将顶煤破碎并促使其垮落，而后将垮落的顶煤由工作面后方或工作面支架前方放出。放顶煤采煤方法在很早以前就用于开采厚煤层。如我国以前使用过的高落式采煤法就属于这种采煤方法。在当时，放顶煤开采是不正规的，完全手工式的，而且煤炭损失特别大，长期以来受到严格限制。还有仓储式采煤法、仓房式采煤法也都属于早期的放顶煤开采方法。随着煤炭开采技术的发展，特别是煤矿支
14、护设备的发展，放顶煤采煤法已经发展成为一种正规的采煤方法。我国综采放顶煤开采开始于1982年，是由郑州煤矿机械厂、煤炭科学研究图 1.1 低位双运输机放顶煤综采示意图1放煤口；2前输送机；3后输送机总院北京开采所、沈阳煤研所共同研制的FY40014/28中位放顶煤支架在沈阳局蒲河矿安装试验；10多年来得到了迅速的发展，截止到1993年，已经在13个省的26个矿务局59个工作面使用，达到了日产万吨，月产31万吨，年产253万吨的生产水平，成为世界上综采放顶煤开采技术发展最快、拥有放顶煤液压支架数量最多的国家。实践证明，在特厚煤层开采中，采用放顶煤开采较分层开采等具有明显的优越性，主要有：（1）、
15、煤层掘进量小，掘进费用低、缓和了采掘关系；（2）、减少了搬家倒面次数，节省了综采面设备搬迁、安装的工作量及费用；（3）、较分层开采减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护费用等；（4）、对急斜厚煤层，较普通法开采的工作面产量提高13倍；（5）、提高了煤炭的块炭率，增加煤炭的售价；（6）、减少了设备的运行费，特别是采煤机，相对减少了吨媒设备折旧费或租赁费；（7）、有利于矿井的集中控制，实现减面、减人、提高工效的目的；（8)、提高劳动生产率，降低成本，比一般回采工效提高25倍，经济效益十分显著，吨媒成本一般降低820元/吨。基于上述原因，我国放顶媒液压支架从1984年至1992年上半年已发展到42套，
16、32个品种，占世界总数的66。当然，放顶煤开采也有急待解决的问题，主要是：（1）、煤尘大，比分层开采高出13倍，甚至更高；（2）、回采率偏低，一般在80左右，造成一定的煤炭损失；（3）、自然发火的问题尚未得到很好的解决；（4）、对高瓦斯矿井，瓦斯涌出量大，有局部积聚的危险。因此，煤炭工业部提出要有试点地进行，稳步发展的方针。然而有于放顶煤开采的优点十分突出，并对存在的问题逐步得到解决的同时，使这一新的特厚煤层的开采工艺从东北、西北迅速扩展到华北，1992年初又推广到华东四个矿务局，并首先在兖州兴隆庄矿创出了月产11万吨的好成绩（1994年月产已达25万吨），可以预计，今后将会更快地发展。下面重点介绍放顶煤液压支架的特点及适应性。1 放顶煤液压支架的分类按与液压支架配套的输送机的台数，放顶煤液压支架可分类如下：
