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1 绪论
我国液压支架技术起步于20世纪60年代末70年代初,当时煤炭科学研究总院北京开采所、太原、唐山和上海研究所等单位都先后开始对液压支架展开研究。30多年来,先后开发研制了垛式、节式和掩护式等系列液压支架,并且针对不同地质条件和煤层厚度开发了大采高液压支架、薄煤层液压支架、大倾角液压支架和铺网式等液压支架。
20世纪50年代前,在国内外煤矿生产中,基本上采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱铰接顶梁来支护顶板。1954年英国首次研制出液压支架,目前,以液压支架为主体的地下综采设备,已逐步向程控、遥控和自动化方向发展。我国是煤炭生产大国,在20世纪60年代也曾研制了几种液压支架,但未得到推广和应用。20世纪70年代,我国从英、德、波兰和前苏联等国家引进数十套液压支架,经过使用、仿制和总结经验,到20世纪80年代以后,我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展,相继研制和生产了TD系列、ZY系列和ZZ系列等20多种不同规格的液压支架。目前,在国内大、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。1980年起,人们取得了对自移式液压支架的研制成功并逐步改进完善,进而普遍推广应用,使回采工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护控顶等工序全部实现综合机械化,煤矿取得了较大综合效益。
煤炭是我国的主要能源,在国民经济建设中,具有重要的战略地位。在未来新能源大规模利用之前,煤炭是支持我国能源供应的国内重要品种。据国际能源署预测,从2000 到2020 年,%,2020 年我国煤炭需求量将超过25 亿t,煤炭工业将有一个很大的发展。根据我国社会发展的需求,要把我国建设为“资源节约型,环境友好型”的社会,煤炭工业面临着历史性的挑战与机遇,经历着关键性的转变。实现以信息技术和机电一体化技术为核心的综合自动化、以清洁生产和洁净煤技术为基础的洁净化、以大企业集团和多元化经营为特征的集约化,即实现高效、安全、洁净、结构优化,已成为新时期我国煤炭工业发展的方向。液压支架是以高压液体为动力,由若干个液压元件(油缸、阀件) 与一些金属构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备,具有强度高、移动速度快、支护性能好、安全可靠等特性。
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。
国内外液压支架的发展历程
作为煤矿井下综采工作面支护关键设备的液压支架,经历了几个阶段的发展过程。20 世纪50 年代英国研制的垛式支架和法国研制的节式支架代替了木支架、金属摩擦支架,开辟了采煤工作面支护设备的技术革命;60 年代前苏联研制并改进的OMKT 型掩护式支架(具有四连杆机构),解决了支架梁端距变化大的问题,开辟了液压支架设计的新时代;70 年代主要是“立即支护”方式;80 年代以来,为提高生产率和降低生产成本,液压支架在液压性能和自动化程度方面有了大幅度提高,如美国、澳大利亚的大部分长壁工作面都采用了电液控制技术,可对液压支架的各种动作功能进行多种方式的程序控制和性能监测。90%以上的美国长壁综采工作面使用了电液控制两柱掩护支架,其额定工作阻力最高可达9 800 kN,~,移架循环时间大多小于10 s。
我国液压支架的发展历程经历了下列几个阶段。从1958 年开始设计掩护式支架,1964 年开始由专门研究室全面开展架型及阀类的攻关,20 世纪70 年代初开始液压支架的研制工作,先后研制出垛式、节式及掩护式支架。1970 年在山西大同首次全工作面装备了TZ—140 型垛式液压支架。70 年代中期,研制了QY型掩护支架和ZY35 型支撑掩护支架。20 世纪70 年代末80 年代初我国分三次大规模引进国外支架,尤其是第三批引进了当时西方国家较为先进的综采设备共100 套,其中液压支架主要以二柱掩护式和四柱掩护式为主,支架的参数和性能比以往支架有了明显的提高。通过消化吸收国外先进技术,我国科研人员自主研发了多种用途的液压支架,最具代表性的有QY 系列和YZ 系列支架。20 世纪80 年代以来,开发了适用于坚硬顶板的大吨位TZ—720 型支架,分层开采自动铺联网支架、放顶煤液压支架及大流量安