文档介绍：1 绪论
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在过去的半个世纪中,煤矿井下开采支护设备的设计和使用发生了巨大的变化。其中,最引人注目的是,世界范围内广泛采用液压支架作为长壁开采支护工程(Longwall Mining Support Engineering)的主要设备。
历史地来看,大约在四五十年前回采工作面还是使用木支柱。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机械的使用,木支柱既不能对顶板提供足够大的支护阻力,其支设和回收亦很难满足连续采煤的要求。于是,刚性木支柱被可压缩性摩擦和液压支柱所代替,并以支柱加铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。
大约在同一时期,为了支护工作面及其端头的冒落顶板,英国研制出垛式支架。它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。1954年5月,几套四柱垛式液压支架安装在英国奥尔蒙德(Ormonde)煤矿的低主煤层(Low Main Seam),工作效果很好。几个月后,该煤层的整个工作面都装备的这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。从此,开辟了煤炭工业的新时代。
1958年,法国试验成功了节式支架。节式支架类似于支柱加横梁的支护系统。它由底座上并排二根或三根液压支柱支撑一个顶梁组成。一个液压千斤顶连接在工作面输送机上,用来随工作面的推进而推移输送机。
五十年代末,为开采煤层厚度超过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,并于1961年在阿尔斯—科拖(Earls Court)举办的贸易展览会上展出了OMKT型掩护式支架。这种支架顶梁很短,,并与掩护梁铰接,单根朝前倾斜液压立柱连接着掩护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时,顶梁端点相对于煤壁做圆弧运动。这样,不仅影响支架的承载能力,而且端面距变化很大,不利于顶板的维护。但比起垛式和节式支架,掩护式液压支架能有效的控制顶板,防止开采过程中矸渗入工作面,工作性能很好。
为了保持顶梁端点相对于煤壁作近似的直线运动,在OMKT型掩护式支架的基础上作了许多改进:
利用支座滑架,即把支撑掩护梁的支座利用千斤顶沿滑架向前移动一个位置,以补偿由于立柱升高时端面距加大的差值。
利用伸缩顶梁,即当立柱升高时,在顶梁里利用千斤顶将顶梁伸出,以保持端面距基本不变。
将四连杆机构引入支架结构设计中,研制出具有四连杆机构的液压支架,不仅从根本上解决了端面距变动大和支架不能承受水平力的问题,而且开辟了液压支架设计的新时代。
1964年,英国国家煤炭局(NCB:National Coal Board)实施的液压支架试验规范;1965年,FC Dobson等人研制的刚性底座都促进了液压支架的进一步发展。
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、三柱、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,采用了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。1974年,NCB实施的“高科技采煤工程(Advanced Technology Projects)”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时,必须采用最先进的设备和开采工艺,以提高煤炭产量和改善作业环境。
进入70年代和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(IFS)”,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年杜塞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。

我国研制液压支架起步不算晚。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。1967年,太原煤炭研究所首先研制出四组迈步式支架,经修改后于1972年由郑州煤矿机械厂制造,并进行井下试验。1970年又为大同矿务局设计了TZ-140型支架,在此基础上研制出TZ-1支架,开发了TZ-IB、TZ-Ⅱ、TZ-Ⅲ、TZ-Ⅳ和TZ-Ⅴ型等液压支架。1973年,北京煤矿机械厂生产出第一套BZZ垛式支架,在阳泉矿务局使用。中国煤机行业从六十年代末开始进行液压支架的研究和开发工作。七十年代,在原国务院领导同志关于“引进、消化、吸收、提高”方针的指导下,和科研院所一起,共同研究国外液压支架的设计与制造技术,并结合中国煤层地质条件的复杂性和多样性,和煤矿企业一起,先后研制了:适用于中厚煤层开采的ZY、QY系列产品;