刘成峰

(1.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013；2.煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013)

大采高液压支架三级护帮结构及动作原理

刘成峰1，2

(1.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013；2.煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013)

分析了不同护帮结构形式的结构特点，结合大采高综采支架实例，确定了合理的护帮长度，在此基础上，研究了大采高液压支架三级护帮合理的结构，介绍了其具体动作原理。实践证明，该结构能够对特厚煤层超大采高工作面煤壁进行有效防护。

液压支架；三级护帮；护帮结构；伸缩梁

近年来大采高综合机械化开采技术在我国发展迅速，逐渐成为我国7m以上厚煤层主要开采方法之一，目前最大开采高度已达8m。随着采高的加大，煤壁发生片帮几率也随之加大。煤壁片帮极易诱发端面冒顶，二者相互影响，形成恶性循环，使工作面开采条件进一步恶化，从而引发顶板安全事故,不仅影响大采高综采工作面的正常生产，而且还威胁生产人员人身安全。因此，控制和预防煤壁片帮是大采高工作面能否成功开采的关键。实践表明，合理的护顶、护帮机构可在一定程度上控制煤壁片帮、防止端部顶板冒落。

1 护帮结构形式

1.1 护帮结构形式介绍

目前大采高液压支架常用3种护帮机构，分别为单护帮板机构(图1)、伸缩梁带护帮板连体结构(图2)、伸缩梁与护帮板分体结构(图3)。其中，伸缩梁带护帮板连体结构是指护帮板安装在伸缩梁前部，伸缩梁伸出时护帮板随之一起伸出；而伸缩梁带护帮板分体结构是指护帮板安装在顶梁前部，伸缩梁与护帮板分开动作，即伸缩梁伸出时护帮板不随之一起伸出。

研究表明[1]，伸缩梁和护帮板分体式护帮机构对抑制煤壁片帮更为有利，防片帮效果较好，主要表现是伸缩梁主要对端面顶板进行防护，而护帮板则对煤壁稳定性进行维护，两者分开动作实现了功能分开，操作时更为自由；同时避免了连体式结构由于伸缩梁前端重量较大，伸缩梁全部伸出时，伸缩梁前端容易下垂，伸缩梁接顶性差，基于以上考虑，决定采用伸缩梁和护帮板分体式护帮结构。

图2 伸缩梁与护帮板连体结构

图3 伸缩梁与护帮板分体结构

1.2 护帮长度确定

研究表明[2]，硬煤在顶板压力作用下煤壁发生正弦波式的弯曲变形，距底板0.65倍采高处煤壁侧向位移最大，此处将首先失稳。因此，护帮长度应不小于最大采高的0.35倍。6.5m以下大采高液压支架，目前多采用二级护帮结构，具体结构如图4所示。以红柳林7m大采高综采液压支架为例，其最大采高6.8m，易知护帮长度应不小于2.38m。图5为三级护帮结构形式，对比图4、图5可知，三级护帮结构的有效护帮长度明显大于二级护帮结构，护帮高度3.26m，有效护帮长度即护帮板与煤壁接触高度达2.25m，护帮优势明显。

图4 二级护帮结构形式

图5 三级护帮结构形式

2 三级护帮板动作及控制原理

较二级结构而言，三级护帮结构动作较为复杂，其动作顺序要求在采煤机割煤经过支架后(图6)，伸缩梁应先伸出，以维护端面顶板；随后一级护帮板带动整体护帮机构打开，当二级护帮板与煤壁接触后(图7)，一级护帮板将继续上挑，使二级护帮板完全贴合煤壁(图8)，最后三级护帮板打开(图5)，实现对煤壁的防护，防止煤壁片帮。当完成推溜，要拉架时，其动作顺序要求与护帮机构展开时顺序相反，首先三级护帮板收回(图8)，随后一级护帮板带动整个护帮机构收回(图3)，最后收回伸缩梁(图6)。

图6 采煤机割煤经过支架后状态

图7 伸缩梁伸出二级护帮板接触煤壁状态

图8 伸缩梁伸出二级护帮板贴合煤壁状态

要实现上述护帮机构动作顺序要求，必须对护帮机构液压控制原理重新进行设计。一、二、三级护帮千斤顶均需要进行位置控制，因此每个护帮千斤顶需设计液控双向锁。其中，伸、收一级护帮千斤顶时，必须保证二级护帮千斤顶保持在伸出状态，所以二级护帮千斤顶液控双向阀需并联交替双向控制阀，而收一级护帮千斤顶同时要求三级护帮千斤顶首先收回，以防一级护帮收回时，三级护帮板在伸出位置，导致三级护帮板与支架立柱及顶梁干涉，所以在一级护帮千斤顶上腔供液千斤顶收回的液路上设计有单向顺序阀及交替单向阀，最终设计三级护帮机构液压系统控制原理如图9所示。

图9 三级护帮机构液压控制原理

由图9可知，当支架液压控制系统向一级护帮千斤顶下腔供液一级护帮伸出时，工作液通过交替双向控制阀向二级护帮千斤顶上下腔同时供液，二级护帮保持伸出状态，直到二级护帮板完全贴合煤壁。当操作换向阀使液压控制系统向一级护帮千斤顶上腔供液要使一级护帮收回时，工作液首先通过交替单向阀向三级护帮千斤顶上腔(活塞杆腔)供液，保证三级护帮收回操作，当三级护帮完全收回并使三级护帮千斤顶上腔达到控制系统压力时，工作液打开单向顺序阀向一级护帮千斤顶上腔供液，同时工作液也通过交替双向控制阀向二级护帮千斤顶上下腔供液，使二级护帮保持在伸出状态，一级护帮带动三级护帮机构安全收回。

3 结束语

本文对超大采高综采工作面护帮结构形式、动作顺序、控制原理进行了分析，确定了合理的护帮结构、护帮长度和动作顺序，解决了超大采高工作面护帮板设计难题，为类似问题的解决提供参考。目前，此三级护帮结构已在陕煤红柳林煤矿、兖矿集团金鸡滩煤矿大采高液压支架得到应用，护帮效果明显。

[1]张银亮,刘俊峰,庞义辉,等.液压支架护帮机构防片帮效果分析[J].煤炭学报,2011,36(4):691-695.

[2]尹希文,闫少宏,安 宇.大采高综采面煤壁片帮特征分析与应用[J].采矿与安全工程学报,2008,25(2):222-225.

[3]秦艳华.液压支架护帮装置的结构形式与选型分析[J].煤矿机械，2014,35(12):185-187.

[4]张银亮，赵 军.国产大采高液压支架的研究现状与发展趋势[J].煤矿开采，2008，13(6)：1-3.

[5]弓培林，靳钟铭.大采高采场覆岩结构特征及运动规律研究[J].煤炭学报，2004，29(1)：7-11.

[6]王建树，黄炳香，魏民涛.极软突出厚煤层大采高综采片帮冒顶防治技术[J].煤炭科学技术，2007，35(11)：64-68.

[7]王家臣.极软厚煤层煤壁片帮与防治机理[J].煤炭学报，2007，32(8)：785-788.

[8]郝海金，吴 健，张 勇，等.大采高开采上位岩层平衡结果及其对采场矿压显现的影响[J].煤炭学报，2004,29(2):137-141.

[责任编辑：徐亚军]

Three Level Side Protection Structure and Movement Principle of Hydraulic Support with Large Mining Height

LIU Cheng-feng1，2

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China；2.Mining Institute，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China)

The structure characters of different side protection structure form were analyzed，based on example of fully mechanized mining supporter with large mining height，based on it，reasonable structure of fully mechanized mining supporter with large mining height was studied，it introduced its movement principle.The practical showed，the structure could proved an effective protection for working face with large mining height and extra thickness coal seam.

hydraulic support，three level side protection，side protection structure，extensible beam

2016-12-07

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.03.011

国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2014CB046302)：深部围岩自适应支护原理及系统创新理论；天地科技公司研发项目(KJ-2014-TDKC-03)：8m超大采高综采总体配套模式与关键技术可行性研究。

刘成峰(1973-)，男，山西阳泉人，工程师,硕士,现从事液压支架设计工作。

刘成峰.大采高液压支架三级护帮结构及动作原理[J].煤矿开采，2017，22(3)：34-36.

TD355.41

A

1006-6225(2017)03-0034-03