国内外液压支架发展现状与趋势

国内外液压支架发展现状与趋势李博(太原理工大学，机械工程学院)摘要：介绍了液压支架的发展历程，分析研究了国内外发展现状，探讨了我国液压支架技术与国外的差距，总结了液压支架技术今后的发展趋势。

关键词：液压支架；发展现状；发展趋势；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。

煤炭是支持我同能源供应的国内重要品种。

据国际能源署预测，从2000到2020年，一次商品能源需求年增长2.97％，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。

根据我周社会发展的需求．要把我周建设为“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，由若十个液压元件(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。

煤矿井下支护问题始终是困扰煤炭高产高效、安全生产的重要问题。

因此，以液压支架为主要设备的综合机械化开采的诞生和发展是煤矿生产发展史的一次重大革命，不仅从根本上改善劳动和安全条件．也为采煤产量和效率的迅速提高奠定了基础，使煤炭生产面貌彻底改观。

1 国内外液压支架发展情况比较1.1 国外液压支架发展概述1954年英国首次研制出垛式液压支架，紧接着法国研制的节式液压支架代替了木支架和金属摩擦支架，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)，解决了支架端距变化的问题，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；1980年前西德赫母夏特公司开发出G550- 22/60掩护式支架，最大高度为6m。

为提高深产能力，降低生产成本，20世纪70年代中期，英国煤炭局首先提出研制电液控制液压支架。

最先将电液控制液压支架用于长壁工作面的是澳大利亚的科里曼尔煤矿，该工作面由74架英国原道锑公司研制的四柱垛式液压支架组成，于1981年投产。

1983年底英国原道锑公司又为美国坎塞尔煤矿制造了两按钮式微机控制液压支架，1984年投产。

1995年底英国原道锑公司又研制出全工作面集中电液控制系统。

威斯特伐利亚—贝考瑞特公司研制出更为先进的P-M3和P-M4电液控制系统。

现在电液控制系统已经发展到综采全套设备可视化集成控制阶段。

80年代以来，世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本，为实现矿井集中生产而努力。

他们积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。

新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm，为减少割煤时间，一般采用0.8～lm的截深，支架还采用屈服强度800～1000MPa的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。

随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为40～50MPa，额定流量400～500L/min，可实现工作面成组或成排快速移架，达到6～8s/架。

1.2 国内液压支架的发展历程我国液压支架发展历程可以分为四个阶段(1)学习起步阶段我国从20世纪70年代初开始液压支架的研制工作，基础条件很差，一切都是从零开始，所需的板材、管材及液压管胶等都需要研制及试验。

1964年由太原分院和郑州煤机厂设计70型迈步式自移支架，从此开始了液压支架的国产化道路。

在广大科研工作者的辛勤努力下，先后研制出了垛式、节式及掩护式支架。

尽管支架的性能及可靠性都较差，但为我国液压的发展奠定了基础，为以后液压支架的研制积累了经验。

(2)引进、消化、吸收、发展阶段20世纪70年代末80年代初我国分三次大规模地引进国外支架，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，其中的液压支架主要以二柱掩护式和四柱支撑式为主，支架的参数和性能比以往进口支架有明显提高。

1984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。

通过消化吸收国外先进技术，科研人员自主开发了多种不同用途的液压支架，具有代表性的支架有QY系列和ZY系列支架，其中QY31和ZY35支架在较大范围内得到了推广使用。

这一时期开发出的支架重量普通较轻，如QY31经济型支架重量仅6T，支架的工作阻力也偏小，二柱支架一般在2000～3500kN，四柱支架一般在3000～4600kN。

支架的可靠性比较差，寿命试验仅8000次，与国外的差距较大。

在支架的控制方面，操纵阀主要以ZC片阀为主，流量只有80L/min。

乳化液泵站流量一般为80～200L/min，支架的移架速度较慢，一般在20～30s/架，立柱千斤顶的密封圈全部为橡胶件，寿命较短。

(3)完善和提高阶段从上世纪90年代中期开始，我国液压支架进入了快速发展阶段，全国综采工作面数量大幅度提高，液压支架的性能、参数、可靠性有了明显提高，架型不断丰富。

尤其是放顶煤开采技术在我国的成功应用，极大地推动了放顶煤支架快速发展。

架型按放煤位置分有高位、中位、低位放顶煤支架，按四连方向分有正四连杆和反四连杆放顶煤支架等。

近五年来随着国内高端液压支架需求量的不断增加(2007年液压支架需求量达到25000架)和液压支架国产化进程的发展，国内液压支架进入高速发展阶段，郑州煤矿机械厂等厂家先后生产出了5.5m、6m高端液压支架，对800MPa和900MPa级高强钢的焊接性进行了系统的研究。

平顶山煤机厂、郑州煤机厂和北京煤机厂等对液压支架电液控制技术进行了研究，即将进入工业化试验阶段。

国内液压支架的设计和制造水平正逐步接近国际先进水平。

2 国内液压支架发展现状(1)我国目前支架设计水平我国目前具有液压支架设计能力的单位主要有4家，即北京开采所、北京煤机厂、郑州煤机及沈阳煤研所。

北京开采所近几年占到全国液压支架设计任务量的50%左右，该所设计的新架型占的比例更高些。

北京开采所是液压支架的技术归口单位，液压支架的标准、设计规范都出自该所。

北京开采所支架设计水平代表了国内液压支架设计水平，目前已实现了液压支架设计CAD三维设计，并开发出了具有国际先进水平的液压支架模拟仿真系统和支架参数优化设计软件系统。

尽管我国液压支架设计水平与国外有一定的差距，但这一差距正在逐渐缩小。

(2)液压支架使用材料现状以前国内绝大部分支架所用板材均采用350MPa的16Mn钢板，焊接性能好，但强度低，支架较重。

为了降低支架重量，国内从20世纪90年代中期开始研究高强度板的焊接工艺，经过几年的努力，现在对1000MPa级以下钢板的焊接工艺进行了系统的研究。

第二是立柱千斤顶，2004年郑煤机制造Φ360mm的立柱已在晋城大采高支架上成功应用。

目前我国几个主要支架生产厂家已具备生产中Φ400mm立柱的能力，两柱掩护式支架工作阻力可以达到l0000kN。

(3)我国液压支架检验标准我国目前液压支架的检验采用MT312-2000技术标准，用以取代MT312-1992，该新标准在制定过程中不仅参照了欧洲标准，还结合了现阶段液压支架在我国的使用情况。

新标准从2001年8月份开始实行强制执行。

新标准在试验次数上较老标准有大幅度提高，顶梁偏载加载时，四连杆机构的扭矩比老标准增加70%，另外对两柱支架还增加了水平加载工况。

(4)液压支架控制系统现状目前我国液压支架控制系统有两种型式，即手动控制和电液控制，其中绝大部分还是手动控制系统，只有神华、晋城等少数矿区进口的支架采用电液压控制系统。

手动系统的流量一般为200～400L/min，移架速度最快可达11s/架。

我国从上世纪90年代中期开始研制电液控制系统，虽然做了大量的工作，但效果并不理想，阀的冲击的和稳定性等问题没有得到解决，因此没有完全实现在井下的推广和应用。

最近几年我国的天玛公司与德国合作，引进德国玛坷公司的PM3技术已成功在充州、开滦矿区的支架上应用，并取得了较好的效果。

3 国产液压支架与国外差距目前国产液压支架与世界上先进国家的差距主要表现在支架的整体可靠性、材料结构、控制系统和液压元件等几个方面。

(1) 可靠性的差距我国目前的大部分支架的可靠性与国外差距比较大。

例如神华进口的支架，工作面的开机率达到90%以上，年产达到10MT，支架大修周期为产煤15MT以上。

而我国目前综采工作面开机率平均为50%左右。

支架大修周期平均产煤量在4～5MT左右。

但最近我国自主开发的ZFS6800/18/35放顶煤支架年产煤量已达到8MT。

(2) 控制系统方面目前世界上一些发达国家支架的控制系统已广泛采用电液控制系统，例如美国、澳大利亚、德国已普遍采用。

电液控制系统技术在这些国家中已经非常成熟，支架的移架速度非常快，可达8s/架，可以跟上采煤机13m/min的速度。

我国目前液压支架采用电液控制系统的数量很少，绝大部分为手动。

目前我国共有17套支架采用电液控制系统，绝大部分为进口设备，其中神华神东公司9套，晋城、铁法各2套全部为引进设备，开滦2套为国内天玛公司生产的。

在控制系统方面我国与国外的差距较大。

我国目前绝大部分液压支架仍采用手动控制，移架速度一般为15～20s/架，可以跟上采煤机6～7m/s的速度。

手动控制与电液控制相比，工人劳动强度大，自动化程度低，速度慢、支护效果差。

(3) 液压元件方面我国液压元件的研发速度远远滞后于液压支架发展的需要。

液压支架的可靠性主要依赖于液压元件的可靠性，液压支架在煤矿生产中应用是否成功，关键在干液压元件的技术性能是否达到要求。

国外目前多采用大流量安全阀、液控单向阀、截止阀、初撑力保持阀及立柱快速回液阀，对液压元件的结构形式、几何尺寸、材料选择、热处理方法和表面处理等各方面进行了深入的研究与开发，研制出一批密封性能好、灵敏度高、进排液能力大、抗冲击载荷强的各类液压元件，以适应液压支架工作性能的要求。

而我国对此类液压元件研发较为滞后，目前仍沿用上个世纪80年代的产品，没有形成液压元件通用化、系列化、标准化。

国产与进口控制阀的差距也是很明显的，主要表现在操纵阀和安全阀。

目前我国支架上用的操纵阀的流量为200～400L/min，与国外相差不大，但寿命和可靠性方面相差较大。

德国的操纵阀寿命可达5万次，而我国的只有5000次。