第一章概述采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。

综合机械化采煤不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻繁重的体力劳动，改善工人的作业环境，保护工人的生命安全，是煤炭工业技术的发展方向。

我国综采技术日趋成熟，不但生产水平，而且工艺水平已进入世界先进行列。

液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一，其重量约为综采设备总重量的80%-90%，其费用约占综采设备总费用的60%-70%。

因此，为了降低成本，提高采煤的经济效益，世界各产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。

1.1支护设备的发展历史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。

1.1.1单体支柱的发展历史20世纪50年代出现了木支柱，它是一种古老而又简陋的支护材料，没有初撑力，也没有恒增阻降距，支撑力也无法保证，而且也浪费了大量的木材。

20世纪60年代出现了单体金属摩擦支柱，与木支柱相比可节省大量木材，而且也可复用。

但是它不能保证恒增阻降距。

20世纪80年代出现了DZ型单体液压支柱，与前两种单体支柱相比可保证恒增阻降距，支撑力也能得到控制，但是由于这种支柱存在内泄露，因此存在严重的安全隐患。

1.1.2液压支架的发展历史液压支架的发展从20世纪50年代开始。

1954年，英国研制出剁式支架。

从此，开创了煤炭工业的新时代。

1958年法国试验成功了节式支架。

五十年代末，为开采煤层厚超过2m的松散和破碎顶板条件下的褐煤，前苏联开始研制掩护式液压支架，并与1961年在阿乐斯-科拖举办的贸易展览会上展出了OMKT型掩护式支架。

比起剁式和节式支架，掩护式支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸石渗入工作面，工作能力很好。

60年代末和70年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构也发生了巨大变化。

长顶梁、二柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。

并且，为适应底板不平，底座采用分离铰接式结构；对于松软底板，为减小底板比压，采用接触面积较大的底座；为防止碎矸窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。

进入70和80年代，液压支架又有了新的发展。

顶梁不仅实现了“立即前移支护”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。

1981年杜赛尔多夫采矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为6m的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。

1.2我国液压支架的发展1959年10月，原北京矿业学院设计了三种液压支架。

1961年设计了“本溪-Ⅱ型”支架，并制造出样机进行井下试验。

1965年北京煤炭科学院和郑州煤矿机械厂协作制造出仿英支架。

1973年，北京煤矿机械机械厂生产出第一套BZZ垛式支架，在阳泉矿务局使用。

它是发展我国液压支架的起点。

从70年代至今，光煤炭科学研究总院北京开采所共研制出30余种不同结构型式的液压支架。

架型包括：支撑式、掩护式和支撑掩护式，还有特殊采煤工艺用液压支架，如放顶煤支架，水砂填充支架及端头支架等。

总之，我国液压支架是从50年代末开始着手研制，经历可研制试验、引进、仿制和改进创新等阶段，直到现在的独立设计阶段。

目前，除液压支架电液控制和支架计算机辅助设计与绘图方面落后于国外，其他方面均以达到国外同期水平。

1.3液压支架的用途、分类和结构1.3.1液压支架的用途在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板支护。

而液压支架是以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。

实践表明液压支架具有支护性能好、强度高，移架速度快、安全可靠等优点。

因此，液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠、是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。

1.3.2液压支架工作状态及布置图1-1所示为液压支架在工作面的布置示意图。

每个工作面一般由滚筒、采煤机、液压支架、刮板输送机、装载机、乳化液压站和油管等主要设备组成。

A-A截面是采煤机割煤前支架的工作状态。

此时，推溜千斤顶活塞杆处于伸出状态，端间距为零，输送机紧靠煤壁。

采煤机割煤后，支架尚未前移时（B-B截面），端面距最大（等于采煤机截深）；当支架降柱卸载前移，然后升柱支护新裸露顶板时，端面距又达到最小（C-C截面）。

支架支撑顶板后，以其为支点操作推溜千斤顶。

将输送机推向煤壁，实现推溜。

此时，推溜千斤顶的活塞杆又处于伸出状态（D-D截面），以便完成下一个动作过程。

随着采煤机割煤的继续，工作面液压支架不断重复上述四个主要动作过程。

图1-1 液压支架在工作面布置示意图1－采煤机2－液压支架3－传送带输送机4－转载机5－刮板输送机6－主进液管7－主回液管8－乳化液泵9－乳化液箱10－端头支架11－单体液压支柱1.3.3液压支架的分类液压支架分类方式很多，主要按照支架使用条件和结构特点来分类。

1、按使用条件分类表1-1详细表示了支架按使用条件分类情况。

表1-1 按使用条件分类表分类标准具体分为使用高度厚煤层一次采全高支架（≥3.5m）中厚煤层支架（1.3m＜h＜3.5m）薄煤层支架（≤1.3m）使用倾角缓倾斜工作面支架（≤25°）倾斜工作面支架（25°＜α＜45°）倾斜工作面支架（≥45°）采煤工艺放顶煤支架机械铺（连）网支架充填支架使用地点排头支架端头支架工作面支架顺槽超前支架2、按主要结构特点（表1-2）表1-2 按主要结构特点分类分类标准具体分为分类标准具体分为调高机构四连杆式控制方式本架控制单铰点式邻架控制摆杆式成组控制和顺槽控制配套方式插腿式组合方式单架式不插腿式组合式1.3.4液压支架结构型式及特点根据用途和在采煤工作面的安装位置，液压支架分为两大类，即端头支架和中间支架。

端头支架安装在采煤工作面两端与顺槽连接处。

一般来说，它的顶梁较长，支护空间较大，具有较大的支撑力，并兼有支撑和锚固作用，其整体性和结构强度均较高。

中间支架安装在除端头支架以外的采煤工作面的全部作业位置。

其作业是确保采煤工作面人员与设备的安全，并实现顶板管理与支护以及采煤作业过程机械化。

液压支架的分类主要是对中间支架进行分类。

中间支架按其结构及与围岩相互作用方式可分为:支撑式、掩护式和支撑掩护式三大类，如图1-2。

后两类又统称为掩护型液压支架。

1.支撑式液压支架支撑式液压支架是利用立柱与顶梁直接支撑和控制采煤工作面顶板的，没有掩护梁。

其顶梁较长，立柱较多，一般呈垂直布置，联结着顶梁和底座，无法承受水平作用力，这是此种支架的最大弱点；靠立柱支撑顶梁来维持一定的工作空间；顶板岩石则在顶梁后部垮落。

这类支架的特点是：具有较大的工作阻力和良好的切顶性能，通风面积大；采区防矸不严密；由于顶梁较长，对顶板重复支撑次数多；适用于老顶来压强烈的或直接顶稳定和坚硬的顶板。

2.掩护式液压掩护式液压支架是利用立柱、顶梁、及掩护梁来支撑顶板和防止顶板岩石涌入工作面。

其顶梁较短，立柱较少，一般呈倾斜布置，联结着顶梁和底座或掩护梁和底座；掩护梁直接与冒落的矸石接触，靠其掩护作用来维持一定工作空间；顶板岩石则在掩护梁后部垮落。

掩护式液压支架的特点是：调高范围大，适应煤层厚度变化的能力强，由于掩护式液压支架的这些优点，目前它已经成为世界各主要产煤大国研制和使用的重点架型。

图1-2液压支架结构型式a) 支撑式b) 掩护式c) 支撑掩护式1－前探梁2－顶梁及其侧护板3－掩护梁及其侧护板4－前连杆5－后连杆6－底座7－立柱8－推移千斤顶9－平衡千斤顶10－操纵阀与控制阀11－护帮机构12－护帮千斤顶13－前梁千斤顶14－挡矸帘3.支撑掩护式液压支架它利用支撑和掩护的双重作用来维持一定的工作空间。

这类支架的特点式：立柱较多，垂直支撑或立柱倾角较小，工作阻力大，切顶性能较好；采用掩护梁，架间密封，挡矸掩护性能好；采用四连杆机构，能承受侧向力；适用范围较宽。

1.4 液压支架的工作原理液压支架在工作过程中，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。

因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作性质不同的几个液压缸来完成的，如图1-3所示。

PO 923468117121015图1-3 液压支架工作原理1-顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤顶；5-安全阀；6-液控单向阀；7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管1.4.1支架升降和推移当操纵阀8处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀8、液控单向阀6进入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。

当操纵阀8处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。

支架的前移和推移输送机是通过操纵阀7和推移千斤顶4来进行的。

移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀7置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶4的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。

这时，支架以输送机为支点前移。

移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。

1.4.2支架的承载过程支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程。

它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。

初撑阶段在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀6立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。

初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。

承载增阻阶段支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。

恒阻阶段随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高。

当升高到安全阀5的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低。

当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。

随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。

由于安全阀的作用，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。

此时，支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。

1.5液压支架的组成液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。

1.5.1支架的组成液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系一般分为三大类，即支撑式、掩护式和支撑掩护式。

根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为4个部分：1、承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。