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1、液压支架的现状与发展,赵继云,1.国内液压支架技术现状,我国在年由太原分院和郑州煤机厂设计型迈步式自移支架，从此开始了液压支架的国产化道路。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。年后，国产液压支架得到了全面的发展，到年止，全国已建成处高产高效矿井，其中处矿单个工作面的单产达万月，原煤生产人员效率达工，综采机械化水平达%，达到了世界先进水平。,（1）我国液压支架的基本架型,）系列支撑式支架 该系列支架切顶能力强，稳定性好，支护强度大，易于操作。支架的工
2、作阻力为，支架高度，一般在工作面倾斜以上时配防倒防滑装置。支架的结构特点为:立柱呈、型布置，两柱支顶、两柱支掩或四柱支顶；顶梁为整体、楔型或铰接型，有前伸缩梁或挑梁；有长短两种掩护梁；底座有整体分体、半钢性分离底座，可设抬底座机构；单侧活和双侧活侧护板或不设侧护板，侧护板有全封闭或半封闭两种，型式为直推式或合页式；本架或邻架操作。,）系列掩护式支架 该系列支架采高范围大，支架长度短，相对成本低，操作灵活。支架的工作阻力为，支架高度。其结构特点为:两立柱支顶，个别有另一柱支撑掩护梁代替平衡千斤顶；整体和铰接或楔型顶梁，有前挑梁或伸缩梁；整体分体、半钢性分离底座，设抬底座机构；本架或邻架操作。,（
3、）不同采煤方法中使用的国产液压支架,）缓倾斜厚煤层一次采全高支架 大采高支架总共余种，大多为型掩护式支架，少数为型支撑式支架，支架高度，工作阻力。支架结构特点:各铰接孔间隙小、制造精度高、支架稳定性好，支架侧推力大，充分考虑防倒防滑，有调架机构，有很好的护帮机构，一般有伸缩梁，能即时支护和防片帮，多为本架操作。,）缓倾斜薄煤层液压支架 由于薄煤层支架对其空间有严格要求，所以整体顶梁尽可能薄且较长；推杆中长；立柱可以型布置；支架前部有宽度不少于的空间，从而保证行人安全；邻架操作。,）大倾角煤层一次采全高液压支架 对倾角为的煤层来说，液压支架应有较大初撑力和工作阻力，各铰接孔间隙要小，制造精度要高
4、，以保证支架的稳定。支架应有可靠的防倒防滑和调架装置，活动侧护板应有较大行程和推力，支架与采煤机道之间需设防砸安全挡板，底座应设脚踏板或扶手。这种支架多为掩护式，邻架操作。,）厚、特厚倾斜煤层分层铺网支架 架型为支撑式、掩护式和垛式，有铺顶网和铺底网之分，可采用架前铺联网或架后铺联网方式，机械或手工操作，其中手工联网又分横联和竖联两种方法。这种支架的特点是工作阻力稍大、掩护梁和底座中有充足的空间，便于使用。多为本架操作。,）特厚煤层放顶煤液压支架 高位放顶煤支架放顶煤支架 按放煤位置可分高位、中位和低位三种。高位放顶煤支架高度，工作阻力，为邻架操作，也可用于缓倾斜和倾斜特厚煤层水平分层开采。支
5、架结构特点:顶梁较小，为小托梁，有伸缩梁或小挑梁；掩护梁较长，开天窗，上面有放煤槽，放煤角度大于；前立柱为两柱或单柱，后立柱为单柱、三柱（或两柱），均支撑在掩护梁上，为便于增大放煤角度和放煤窗口，另可设置一根立梁；托梁侧护板多为双侧活动式，若是硬煤则需设钻机钻孔位置。高位放顶煤支架为单运输机式，有单铰接和四连杆两种，底座可插底或不插底。缺点是煤尖大，放煤点高，支架底座前端比压大，放煤时工作面行人受阻，安全出口减少。,中位放顶煤支架该类支架为双运输机式，可用于缓倾斜和急倾斜特厚煤层水平分层采煤。掩护梁开天窗，天窗有插板和回转式两种。四立柱可全部支在顶梁上，或将其中两柱支在顶梁、另两柱支在掩护梁上
6、。连杆型式有单铰接和四连杆两种。邻架操作或部分邻架部分本架操作。该种支架若被用于三软煤层时应采用侧护板全封闭式结构，为了降低对底板比压，底座面积需尽量加大，可采用全封闭或半封闭结构。顶梁分整体和铰接两种，少数带挑梁，一般有伸缩梁，便于立即支护。支架工作阻力为，支架高度。中位放顶煤支架受力状态好，抗扭能力强，不易倒架，煤尘少。缺点是放煤点高，底座长，调架困难，后运输机置于底座上，位置高，人工清浮煤劳动强度大，且由于掩护梁开天窗，放大块煤时窗口很容易被堵塞。,低位放顶煤支架 低位放顶煤支架的放煤口位于掩护梁下方，后部运输机直接放在底板或底座后部的拖板上。由于放煤口三面敞开，不丢脊背煤，回收率相对较
7、高；煤尘小，放煤口大，不易堵塞；根据要求，可在每组支架放煤口的下风侧和靠工作面一侧各装个喷头，支架放煤或移架时，本架支架或者相邻支架的喷雾自动打开灭尘。支架顶梁长，反复支撑，放煤效果好，便于维修和操作。,轻放支架 这种双运输机轻放支架可用于特厚煤层中工作面长度不太规则的断层边角带和残余煤柱的开采，工作阻力为，支护强度，支架高度，重量，中心距。其结构特点为:掩护梁和顶梁为一整体，带挑梁或内伸缩前梁，仰俯采角一般为；连杆为单摆杆；整体大侧护板或小侧护板。由于该类支架同时具备放顶煤支架、铺网支架和普通型支架的使用功能，且重量轻，便于安装、增减和运输，所以使用效果良好。,）难采煤层液压支架三软煤层液压
8、支架该类液压支架要求底座面积尽量大并具备抬底座功能，采用底座半封底或全封底以降低底板比压。顶梁要具备立即支护功能，带伸缩梁或伸缩梁加挑梁，其侧护板应使支架处于全封闭状态，多为邻架操作。两硬煤层液压支架该类支架多为型，要求工作阻力大，切顶力大，顶梁为整体、楔型和铰接前梁带挑梁式，掩护梁需尽量短，与水平夹角大，底座为半钢性分体式，安全阀应有足够的流量以抵抗顶板冲击。邻架或本架操作。,2、国外综采液压支架状况,美国、澳大利亚等发达国家的煤矿实现是高产高效发展模式，高投入高产出。设备为大功率、高可靠性全自动化的综采设备，其综采液压支架供货商主要是DBT公司和JOY公司，由于具有设计、整体配套制造和能够
9、提供多种综采设备，而具有最强的实力，其液压支架的研究和制造水平处于国际领先，所设计和生产的液压支架具有下列特点：,液压支架以二柱掩护式为主，支架结构简单、实用、动作少；液压支架强度高，选材好，无论液压件和结构件具有较高的寿命；液压支架过人、吊装等细节设计考虑细致；液压支架工作阻力较大，且具有一定的富裕。由于二柱掩护式的立柱缸径较大，支架中心距大都为1.75m；液压支架使用电液控制，移架速度控制在8秒以内，加快工作面的推进速度，实现高产，支架与运输机、采煤机等综采设备实现自动化联控。,3.我国综采液压支架与国外的差距,国内液压支架通过引进、消化、发展，现在具有较高的设计制造水平。且架型多、品种全
10、，适用各种地质条件和各种采煤方法的支架都有，很多架型处于国际领先水平。由于具有平面受力分析和模拟压架三维有限元分析手段，支架设计水平与国外相比并不落后，甚至超过国外；国外支架结构件大都采用70公斤级强度板或部份采用80公斤级强度板，国内近几年也采用较量多，但由于国内钢板曲强比太小；钢板综合机械性能与国外比差距很大，这个因素是影响支架重量的主要因素；,国内高强度焊丝及焊缝成型与国外存在差距；国内不能生产电液阀，其阀的加工及寿命在支架方面与国外差距最大；国内密封件虽然采用了聚氨脂，但聚氨脂的配方及可靠性较国外差，国外聚氨脂“O”形圈大量使用，立柱、千斤顶密封采用整体软硬不同的密封形式。,1.1技术
11、性能 以国内外大力发展的掩护式液压支架为例:国产支架的最大工作阻力为6000 kN，立柱最大缸径为价320mm，支护强度0.9一1.OMPa，支护高度5m，支架间距1.5 m;而国外同类支架的最大工作阻力达12000 kN，立柱最大缸径480 mm，支护强度1.41.5 MPa，支护高度6m，支架最大间距2m 1.2控制系统 国产液压支架的控制方式主要是手动液压控制（国外20世纪70年代的控制方式），单架支架的移架速度为15s左右。虽然我国从20世纪80年代起就对液压支架的电液控制系统进行了研究，但在系统设计和电磁阀、传感器及其它关键元部件的性能、可靠性等方面距实际应用仍有相当大的差距。目前，
12、国外液压支架几乎全部采用电液控制技术，其移架速度可达58s。1.3液压元件（1）国产液压支架安全阀的额定流量一般为100L/min，而国外支架安全阀的流量已达500 L/min。由于国产安全阀流量小，在顶板压力增大时，容易造成立柱鼓胀，这是国产支架损坏的一个重要原因。（2）国产液压支架液压阀多以45钢为基础材料，加表面镀锌（防锈）处理，其防锈能力一般为36个月;而国外支架液压阀多使用铜合金壳体和高强度不锈钢阀芯，阀件不存在锈蚀问题。国产支架液压元件的密封件多为橡胶制品，使用寿命为2年左右;而国外支架的密封件多采用高分子复合材料，其使用寿命可达5年。（3）液压阀的耐久性试验远低于国外标准。如操纵
13、阀的耐久性试验，国内要求为5000次，而国外标为20000次以上。,4.国内支架提高水平所采取的措施,选用WCF-80优质板和进口部份板；保证焊前预热焊后热时效处理提高焊缝质量；阀的加工全部在加工中心进行加工，阀采用锥刚性密封，既提高了流量，又保证了精度；关键密封件进口；电液阀及控制系统与国外联营，因德国有很多公司被DBT所挤压，又具有很好的技术实力，合作能够实现。,5.液压支架电液控制系统的应用现状及发展趋势,国外最早在20世纪70年代开始开发研制液压支架用的电控系统，80年代开发研究工作进入实质性应用的阶段。到了20世纪90年代，液压支架电液自动控制技术已经成熟，工作性能和可靠性已能满足使
14、用要求，因而发展十分迅速，成为发达产煤国家综采工作面液压支架的标准控制装备。据不完全统计，目前已有近300多个综采工作面使用电液控制液压支架，主要集中在美国、澳大利亚、德国、中国、斯洛文尼亚、南非、俄罗斯、波兰、墨西哥、加拿大等国家。,液压支架电液控制系统在美国、澳大利亚、德国等煤炭生产发达的国家已经得到了普遍的应用，而在国内的神东集团、兖矿集团、铁煤集团、开滦集团也得到了成功的应用，取得了很好的技术经济效果。液压支架电液控制系统是实现综采工作面高产高效的关键技术设备，也是今后的发展方向，这是我国国民经济快速发展和煤炭生产高产高效集约化发展的需要，是煤炭生产技术发展进步的必然结果。,5.1 液
15、压支架电液控制系统的优越性,液压支架电液控制系统是具有单片机、传感器等电子装置和液压回路控制部件的、可以根据生产需要而控制液压支架自动动作的系统。优点：1）将液压支架的降架、拉架、升架、推移前部输送机、拉后部输送机、收护帮板、伸护帮板、喷雾洒水及放顶煤等动作由原来的人工手动操作改为电液自动控制、程序化操作，能够与高效采煤机相匹配加快工作面推进速度，显著提高采煤工作面的生产效率；2）可以实现跟机自动化作业、降低工人的劳动强度，改善工人的劳动条件、减少工作面的操作人员，改变煤矿生产落后危险的社会形象。,3）可以解决特殊地质条件和困难生产条件下的生产工艺问题，例如在薄煤层工作面人员无法在工作面内操作
16、的条件下，可以实现无人化工作面（需与刨煤机系统配合使用）；4）可实现多架同时推输送机并可定量推进，保证输送机缓慢弯曲，避免中部槽连接处产生过大的应力，延长输送机的寿命，同时可以保护工作面输送机的平直性，实现工作面的平直推移；5）易于实现带压移架，对于保护顶板的稳定性和防止冒顶事故非常有利；6）可以较好地控制了支架初撑力，显著地改善支护效果和工作面管理水平。,5.2 主要供应商的基本情况,目前，在国际市场上以德国DBT公司、JOY公司和德国MARCO公司的产品占主导地位。美国、澳大利亚以DBT公司、JOY公司为主（基本上各占50%），德国以MARCO公司为主（以往占70%以上，2002年全部）。
17、在中国，DBT公司9套（神东集团5套、铁煤集团2套、西山集团1套、晋煤集团1套），JOY公司3套（神东集团3套），德国MARCO公司（北京天地玛珂公司）3套（兖矿集团1套、开滦集团2套）。（2003年数据）,德国采矿技术装备有限公司（DBT）,德国采矿技术装备有限公司（DBT）是鲁尔煤炭股份公司下属的一个企业。由哈尔巴赫-布朗机械厂、赫尔曼-赫姆夏特机械厂、威斯特伐利亚-贝克瑞特工业技术股份有限公司3家专业生产厂家合并联合于1995年成立。该公司向用户提供全套煤炭高效技术和装备。DBT在美国、澳大利亚、南非、波兰和法国设有子公司，主要业务范围集中在回采工作面的装备上。DBT在液压支架、运输机、
18、采煤设备、电液控制和驱动技术领域内处于领导地位。该公司的最新产品型号为PM4，是在威斯特伐利亚与MARCO公司合作开发的PM2的基础上发展起来的，在技术上是成熟的，并且在美国、澳大利亚应用良好。,德国MARCO控制系统公司,德国MARCO控制系统公司成立于1982年专业制造工业控制系统和元件，主要产品为PM系列液压支架电液控制系统、压电陶瓷元件、驱动器和传感器，其电液控制系统在德国的市场主导地位。该公司德国设有3个分部、在中国有合资公司、在美国有分公司，负责产品液压支架电液控制系统销售和技术服务。该公司是最早开始进行液压支架电液控制系统的公司之一，其最新产品型号为PM31，在技术上处于领先地位
19、。,JOY公司,JOY公司总部设在美国，是一个跨国的煤炭机械综合公司，向世界各国提供采煤机、输送机液压支架等全套采矿设备，在美国、澳大利亚等国占有一半以上的市场份额。支架电液控制系统由其收购英国公司（较早开发支架电液控制系统的公司之一）在英国生产制造。产品在技术和工艺上也较成熟，但其设计思路与德国不同，结构比较复杂，重量、体积都比德国产品大得多，使用效果不如DBT公司和MARCO公司的产品。,北京天地玛珂电液控制系统有限公司,北京天地玛珂电液控制系统有限公司是由天地科技股份公司、德国玛珂系统分析与开发有限公司及公司员工共同持股的中外合资、股份制有限公司，主要从事液压支架电液控制系统的研发和经营
20、，在德国玛珂公司投入公司的PM31型液压支架电液控制系统的基础上，结合中国煤矿的技术条件进行改进、提高、逐步国产化。对于国内还难以自行生产的关键零部件，先从国外市场上直接采购，同时进行国产化研发工作，一旦国内掌握了加工技术，产品质量合格，则采用国内的产品。,支架控制器是液压支架电液控制系统的核心，其主要发展趋势：操作软件逐渐向智能化发展；通信系统向国际标准现场总线靠拢；并将与工作面其它设备之间实现接口，实现互相联动、协调工作，使工作面向少人自动化、无人化自动化方向发展；控制器的操作向遥控化方向发展；电源系统向智能开关型方向发展。,5.3 发展趋势与应用展望,先导阀是实现控制的关键部件目前各公司
21、的液压支架电液控制系统中的先导阀大多采用以电磁铁作为电-机械转换元件。电磁铁技术发展时间较长，技术成熟，产品性能稳定可靠，且有动作速度快的优点，但其启动电流较大，对阀的结构有一定的要求。因此，井下安全条件下同一路电源同时启动的电磁阀的数量受到一定的限制。目前，德国某公司开发研究的用“压电”材料制造电-机械转换元件，它可以替代目前的电磁铁，大幅度减少耗电量。主控阀将向大流量的方向发展。预计在未来的5年，液压支架电液控制系统将在中国的煤矿得到普遍的应用，而且生产效率将会大幅度地提高，自动化生产的水平将上一个新的台阶。,刮板输送机现状与发展,一、我国煤矿刮板输送机的发展现状,1964年，我国第一台使
22、用四环链的可弯曲刮板输进机SGW-44型输送机在张家口煤机厂研制成功，实现了刮板输送机的连续运输。1974年我国第一台综采工作面使用的SGW-150型边双链刮板输进机在张家口煤机厂研制成功，与采煤机和液压支架配套使用，使采煤工作面实现了从采煤、运燃到支护，椎移的机械化作业。但是，一直到七十代来，因采煤工作面设备水平的制约，我国的采煤方法还主要是炮采和普采，生产效率低、安全得不到保障。,从二十世纪七十年代末，我国相继从国外引进了一批成套综采设备，采煤方法跨入了综采时期。采煤工业的迅速发展要求提供大批量的国产化综采设备，就是在这种形势下，国内煤机厂在八十年代初先后制造出730/264和764/26
23、4型中双链和边双链的刮板输送机及其配套的转载机、破碎机，实现了综采刮板输送机的国产化。从此，我国的综采机械化进入普及和发展时期。,为适应综采工作面日益增长的对输送机功率、适量、运距加大的要求，张家口煤机公司等国内煤机制造企业对槽宽730、764机型自动产化后不久就开始了改进提高工作。经过十几年的发展，到九十年代初，槽宽764机型装机功率由2132千瓦增至2315千瓦；小时适量由600吨增至1000吨；铺设长度由150米增至200米。在改进提高这种机型的同时，也加强了对这种机型可靠性的研究。中部槽闰联结强度达到2000KN，中部槽与挡板、铲煤板间的联接强度也大幅度提高，过渡槽的结构改进，提高了整
24、机可靠性和使用寿命。总之，这个机型到目首为止，其性能与可靠性已不是最初翻造的水平，都得到了提高和加强。张家口煤机公司生产的槽宽764系列轧槽帮的机型，适用最大拉架力46吨的架型；是年产百万吨工作面较为理想的机型。,764型刮板输送机主要技术参数,进入二十世纪九十年代，采煤工量高速发展，尤其是放顶煤开采方法的推广，对刮板输进机的性能、强度和可靠性提出了更高的要求.八十年代通过引进开发的轧制槽帮刮板输送机机型已不能适应60吨以上拉架力拉型的需要、功率、运量已达到了这种槽帮机型的极限，现场使用中，出现刮板输送机，能力不足，事故率升高，制约了采煤技术的发展，亟特提高刮板机的技术装备水平。,铸造槽帮输送
25、机代表型主要技术参数,技贸结合、技术引进刮板输送机主要技术参数,长运距、高可靠性刮板输送机成套设备主要技术参数,二、我国刮板输送机与国际先进水平的差距,1、整机性能方面的差距（1）运输能力 国外到板输进机的最大小时运输能力已达5000t，我国近几年各矿区引进国外的刮扳输送机小时运输能力为20002500，2003年神东公司引进JOY的2套刮板输送机小时运输能力为3500t，目前国内制造并已提供用户使用的输进机最大小时运输能力为2500t，与前几年引进的水平相当。（2）运输距离 国外刮板输送机的最大运输距离为430m，我国引进输送机的最大运输距离为300m，国内制造的输送机为300m；,（3）装
26、机功率 国外刮板输送机最大装机功率为4800kW我国最新引进输送机的最大装机功率为3700kW，国内制造输送机的装机功率为2700kW；中部槽的最大宽度为1200m；（4）圆环链规格 国外刮板着送机使用的圆环链规格达到4852mm，国内制造输送机使用圆环链的最大规格为42mm。,2、技术先进性方面的差距,国外最先进的综采工作面使用的重型刮板输送机采用了CST可控软启动传动装置，实现了刮板输送机空载起动和机头、机尾的功率平衡；采用了自动控制的可伸缩机尾，使输送机在工作状态随着裁荷的变化适时调整刮扳机的长度，以使传动链条保持合适的张力，既避免由于链条过紧消耗空载功率，又可避免由于链条过松出现堆链和
27、耽链事故；采用了对减速器、驱动链轮、链条等传动元部件运行工况状态的监控技术，实观了工况监测和故障诊断。,目前国内刮板输送机制造企业已成功地开发出了可伸缩机尾、液压紧链传动装置，摩擦限矩离合器等控制保护系统，应用于大功率刮板输送机和转载机上，在可控软启动传动装置，自动控制的可伸缩机尾和刮板输送机运行状态监控等方面的研究开发已有较大进晨,3、过煤寿命和可靠性方面的差距,（1）过煤寿命 国外刮扳输送机的过煤寿命已达到1200万吨以上，近年我国引进的刮扳机的最大合同保证寿命为800万吨，实际使用过媒寿命已达到1600万吨以上国产刮扳机已达到的过煤寿命为800万吨；（2）使用可靠性 国外引进刮板输送机主
28、要元部件的使用可靠性和一次大修时间明现优于我国产品。,三、我国煤矿刮板输送机的开发目标,开发新一代、智能化工作面刮板输送机，满足自动化矿井需要 随着煤炭工业大集团战略的实施，煤炭开采技术向着“一矿一井一面，实现年产千万吨”的方向发展，“高产高效超长、大采高综采工作面”将逐步增多。“超长大采高工作面”采煤工艺对刮板输送机的运距、运量、可靠性和自动化程度提出了更高的要求。,开发目标和主要技术特征为：型号：SGZl20021000(3700)整机功率：2*1000KW或3*700KW 输送量：30004000吨/小时 中部槽：2000*1200毫来(长*宽)设计长度：350400米 中部联结强度；400吨 中板厚度 50毫来 封底板厚度：30毫米 圆环链规格：48152毫米紧凑链,产品将采用铸造槽帮溜槽，高强耐磨钢中板、整体锻造齿形销轨、采用带有过载保护装置的行星传动减速器，自动可控伸缩机头尾等新结构，新技术，并带有减速器、传动链轮等传动装置的油温、油位、油质污染的检测和自动报警装置及链条、接链环等传动件的故障诊断功能。预计寿命指标12001600万吨；,Thank you！,
