工作面支架

用于维护工作空间安全的设备

在回采工作面中支撑顶底板，以维护工作空间安全的设备，有木支柱、金属摩擦支柱、单体液压支柱、自移式液压支架、气垛支架和方框支架等数种。《天工开物》中，记述了中国古代使用木支柱支护工作空间的技术。20世纪40年代初，英国、苏联等主要产煤国家开始大量使用金属摩擦支柱。1947年英国首先制造出自移式液压支架，并在1953年装备了世界上第一个自移式液压支架工作面进行试验。中国煤矿从20世纪50年代末期推广使用金属摩擦支柱；70年代初，开始研制和使用自移式液压支架，到1981年，全国已有近200个工作面装备了这种支架。

简介

木支柱是一种最原始的简单刚性支柱，可缩量很小，一般在10mm以下，支撑能力较低。木支柱的型式有带帽木柱和棚子两种。一般只在处理事故中采用。

金属摩擦支柱利用摩擦原理工作的可缩性金属支柱。根据所受载荷p与活柱下缩量ΔL之间的关系分三种：①急增阻金属摩擦支柱，随活柱的下缩，支柱所受载荷急剧增加；②微增阻金属摩擦支柱,随支柱受载,活柱开始下缩，很快就达到初始工作阻力，活柱再下缩时，载荷增长较缓；③恒阻金属摩擦支柱，支柱支设后，很快就达到初始工作阻力，以后即使活柱下缩，支柱的工作阻力仍保持不变。三种支柱的特性曲线见图1，恒阻式金属摩擦支柱性能最好，但结构复杂，制造困难。中国煤矿广泛使用微增阻式金属摩擦支柱。　金属摩擦支柱由柱体(包括柱筒和底座)、活柱（包括活柱筒和顶盖）和柱锁三部分组成（图2a）。金属摩擦支柱与金属铰接顶梁相配合，不仅可以增大护顶面积，而且可提高支柱的稳定性，是炮采和机采工作面（见煤回采工艺）广泛采用的支架型式。与木支柱相比，金属支柱虽然有初撑力较大、工作阻力较高、架设方便和使用时间长等优点，但仍属于增阻式，工作性能不理想，支回柱劳动强度大。两种支柱的工作指标见表。　单体液压支柱用液压原理工作的一种恒阻式金属单体支柱。20世纪40年代出现。与金属摩擦支柱相比，具有支护性能好,受力均匀，初撑力高(一般为7～20tf)，顶板下沉量小,支设和回收方便,效率高等优点。与其他相应的回采设备配合，可以达到高产、高效、低耗和安全的目的。单体液压支柱分两种:①内注液式支柱（图2b）。通过摇动手柄操纵支柱内的手摇泵，把工作液从低压腔泵入高压腔使支柱上升，并设安全阀保证支柱的恒定支撑力。回柱时，打开卸载阀使高压腔内的液体回到低压腔，活柱即可自动缩回。适用于工作面端头支护和掘进工作面的临时支护，也有用于薄煤层回采工作面支护。②外注液式支柱，靠外部管路系统上的注液枪向支柱供液升柱。回柱时，打开卸载阀，使液体排出支柱外，活柱缩回。支柱内不设手摇泵,结构简单,支设速度快，但工作液消耗量大。适用于缓倾斜煤层回采工作面。

分类

自移式液压支架由外注液式液压支柱、顶梁、底座、推移千斤顶和辅助装置组成的整体式支架，是综合机械化采煤中的主要设备之一。这种支架能自动完成升柱、降柱、前移和推移输送机四种动作。自移式液压支架分三种：①支撑式液压支架，支柱完全用来支撑顶板，有节式和垛式两种支架。节式支架由两个以上框架组成。两个框架不与输送机相连，其底座共用一个千斤顶连接，使每个框架交替为支点，自行前移，也称迈步式自移支架。垛式支架的底座为整体刚性或半刚性结构，装有整体刚性或铰接顶梁，切顶性能好，适用于周期来压（见长壁工作面地压）强烈的稳定顶板。②掩护式液压支架，由托梁、掩护梁、底座和支柱四个主要部件组成，特点是以掩护梁防护采空区冒落的矸石为主，以托梁支撑机道上方的顶板为辅。分单铰式和双铰式（四连杆）两种，多用于周期来压不强烈的不稳定和中等稳定顶板；另有一种没有托梁的掩护式液压支架，只起防护采空区冒落矸石作用。一般用于无周期来压、顶板不稳定的厚煤层或人工假顶下的分层工作面。③支撑掩护式液压支架，一种以支撑顶板为主，并有掩护能力的支架，是在支撑式和掩护式支架不断改进的基础上发展起来的一种新架型，兼具前两种架型的优点。外形结构与掩护式支架相似，只是通常支柱支撑在顶梁上,对顶板适应性很强,稳定性好，是一种很有发展前途的支架，适用于周期来压强烈的不稳定顶板及中等稳定的顶板。液压支架有向高工作阻力、高压供液、架型多样化和操作自动化发展的趋势。

气垛支架由2～3个具有弹性的加固橡胶囊组成的单体支架。气囊用胶带连成整体,固定在导向槽架上,并用特制的按扣固定，以防止气囊间相对移动，气囊的后面覆以防止煤或岩块砸坏的涂胶保护片。每个气囊上有进气阀和辅助阀各一个。气囊的滑架上固定有带接头管的配气装置，充气后支撑顶板。气垛支架具有结构简单、架设省力、移置方便、初撑力较大和适应性强等优点，在苏联已用于急倾斜薄煤层工作面。

方框支架由横梁、横撑和立柱各四条组成的榫式连接框架结构（图3）。每回采一个方框体积的矿石，随即支一套方框支架。各支架之间都以木榫相互咬合，使整个采空区连成一个整体木框结构。方框上铺木板作工作平台；工人站于平台上，在方框支架保护下工作。为了加强方框支架的支撑能力，常在方框中充填废石。方框支架用于非煤矿山，开采矿岩不稳固、矿石价值高的极不规则矿体。

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