煤矿液压支架结构、使用、维护及故障分析

陈庆光

摘 要：煤矿液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。

关键词：液压支架； 结构；使用；故障分析

一、液压支架概述

煤矿机械在我国的煤矿开采使用领域中是一个广泛的概念，它是专门用于煤矿开采的一种特殊机械。它的生产在我国有着很重要的作用。根据笔者多年的工作体会知道，煤矿机械是为煤矿企业提供装备的设备，而且属于专用设备。就目前来看，煤矿的机械设备主要有以下几种：液压支架、采煤机、采掘机、挖掘机、刨煤机、卷扬机等。本文阐述煤矿液压支架的结构设计及受力分析。

1、煤矿液压支架的概念及认识

就目前来说，现在的煤矿液压支架主要是由支柱、底座、顶梁、掩护梁、前后连杆及挡矸板（护帮板）等组成的，并且是由钢板焊接成箱体的整体结构。它主要用于水平面和小于等于10度的缓倾斜厚煤层沿底板一次放顶煤采全高开采的长壁综采工作面，也适用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤综采工作面，它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。

2、煤矿液压支架的结构

上面已对煤矿液压支架的概念和认识做了阐述，下面对它的结构做一说明。如果按其组成部分，即其结构为其概念的话，那么我们可以这样说：煤矿液压支架是一种以液压为动力，由液压缸和液压阀等液压元件和其他金属构件组成的一种支护设备。

如果按照概念意义来说，液压支架是由以下几个部分组成：承载构件、执行元件、控制、操纵元件和辅助装置。下面对每个组成部分做一一概述：

承载构件：顶梁、掩护梁等。顶梁与顶板直接接触，承受顶板上作业面岩石的压力；掩护梁，阻挡冒落的岩石进入工作面，并承受其压力，从而承受顶板水平推力的邵件；底座与底板接触，传递并承受顶板压力。

控制、操纵元件：操纵阀、隔离阀等各种油缸的控制阀。操纵阀是用来操纵支架各种动作的阀，是液压支架的指挥元件。

执行元件：各种千斤顶和立柱。立柱是支撑在顶梁和底座之间或者间接承受顶板负载的油缸，是液压支架主要的动力习性元件，它的结构强度和形式决定了支架的支撑力大小和支撑范围。

辅助装置：除了以上三种构件，剩下的都是辅助装置。包括推移装置、控制装置、护帮装置、防倒（滑装置、喷雾照明）等等。

但不管怎么来说，煤矿液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的结构物。采面矿压以外载的形式作用在液压支架上。在液压支架和采面围岩相互作用的力学系统中，若液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好同一直線，则该液压支架对此采面围岩十分适应。

3、煤矿液压支架结构设计与受力分析

这一部分主要从四连杆机构设计计算；液压支架平面受力分析；液压支架空间受力分析等方面考虑。

二、液压支架的使用

1.煤矿综采液压支架使用

根据本人多年的工作来看，从事煤矿综采液压支架前要先经过专门培训，考试合格才能上岗。通过培训，使工作人员对支架的使用做到“四懂”，即懂综采采煤工艺、懂支架结构、懂支架性能、懂工作原理；“四会”，那就是会操作支架、会检查支架、会维护支架、会排除支架故障。再有就是对煤矿综采液压支架的操作使用，本人认为在这可以概括为“细、净、快、够、正、严、紧、平”等要领，在操作使用时，一定遵守。

2.煤矿综采液压支架操作前注意事项

在这里需要说明的是，因实际操作过程中不当，会造成一此意想不到的事情，甚至造成很大的事故。笔者建议，在实际操作之前，应先检查管路系统和支架各有关部件的动作是否有阻碍，要消除顶、底板的障碍物。需要特别注意的是软管不要被矸石挤压或卡住，其中管接头要用”U”形销插牢，液压系统不漏液不窜液。开始操作支架时，应提醒支架周围工作人员注意，以免发生事故。操作支架应观察顶板情况，发现问题及时处理。

三、液压支架故障原因分析

1.故障原因

（1）液压支架是在重载、振动、冲击、摩擦和润滑不良等的工况条件下工作。

（2）液压支架处在个无处小在的粉尘、噪音、水汽、液体和有害气体等的矿井内，并且照明条件级极差以至于工作环境十分恶劣。

（3）液压支架工作的强度大、时间长。

在以上特点下工作的液压支架也就导致了其频繁的故障和事故发生，对于对机械的维护和检修也提出了挑战。

2.故障分析

经过液压支架在矿井中使用的实践和有关统计资料表明，在生产过程中，绝大部分故障是因为各种失效引起，综采设备的事故率很高，综合得出导致液压支架故障的主要原因有两个：①人为因素及地质条件引起；②机件失效而引起后者造成设各故障可以到达89.5%左右，其中磨损又是机械失效的最重要原因，其次是液压支架本身的设计、制造、质量低劣等缺陷所致，同时极小部分是由于工作条件恶劣，使用和维护条件太差引起的失效，当然也有小部分属于操作不当引起；而在磨损引起的失效主要是由于液压系统和润滑系统中的油液遭受严重污染所造成的，即是由于乳化液污染和乳化液浓度偏低造成液压支架的每个液压元件的失效都会造成整个液压系统失效，导致整个生产系统处于瘫痪状态，给矿井生产带来了安个隐患和巨大的经济损失。

2.1底座故障

底座是液压支架整体结构受力最为复杂和集中的部位，液压支架底座3种情况加载方式，由于底座在工作的过程中主要收到扭转力作用和复杂受力情况，产生裂纹及裂纹扩展，因此，底座常常表现两大故障即为主筋断裂和球窝碎裂。

2.2立柱故障

立柱的故障表现为如下五个方面：①乳化液外漏；是由于密封损坏或者尺寸小合适，沟槽有缺陷，接头焊缝出现裂纹②截止阀未打开和打开不够、立柱外漏或内窜液、系统堵塞、立柱变形都会引起立柱的不升或慢升③自降；安全阀漏液或调定压力值低，立柱泄漏，液控单向阀不能闭锁④支撑力达不到要求；⑤不降或者降速慢。在进行故障检查和检修的时候，故障原因最多为漏液现象引起。

3.结束语

据不完全分析，目前我国大型采掘设备面临激烈的市场竞争，预计到2015年我国煤炭行业将达到3.5万亿元左右的产业销售规模。受我国煤炭开采行业快速机械化的推动，煤炭开采机械设备的需求规模到2015年将会达到301亿元，这样来看，我国煤机成套的竞争才刚刚开始，装备成套化的发展前景十分广阔。煤矿综采工作面要做好事故的控制应偏重于液压及支架的管理，事故发生的频率高低及其零部件工作寿命的长短，直接影响着企业的生产和经济效益。通过对液压支架故障的分析，减少失效的有效方法是进行主动预防性维护；同时也是提高机械零部件的使用可靠性，延长使用寿命。

参考文献：

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[2]曹小荣，赵书明液压支架快速移架系统的研究[J]煤矿机械，2010（02）

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