第十五章单体支护设备

1、第十五章单体支护设备 在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工作人员顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工作人员的安全和各项作业的正常进行，必须对顶板进行的安全和各项作业的正常进行，必须对顶板进行支护。单体支护设备包括：支护。单体支护设备包括： 木支柱木支柱 金属摩擦支柱金属摩擦支柱 单体液压支柱单体液压支柱 金属铰接顶梁金属铰接顶梁 切顶支柱切顶支柱 滑移顶梁支架滑移顶梁支架 第一节第一节 概述概述木支柱木支柱木支柱木支柱强度受材质影响很大强度受材质影响很大，各支柱承载不均衡，回，各支柱承载不均衡，回柱困难，效率低。柱困难

2、，效率低。回柱后回柱后复用率低复用率低，木材浪费量大。，木材浪费量大。工作面工作面顶板下沉量大顶板下沉量大，冒顶事故多，不安全，不适应，冒顶事故多，不安全，不适应机械化采煤。机械化采煤。但其重且轻，适应性强。但其重且轻，适应性强。金属摩擦支柱金属摩擦支柱 金属摩擦支柱是一种有着很长历史的矿山支护设备金属摩擦支柱是一种有着很长历史的矿山支护设备, ,它既可以用作它既可以用作支护巷道支护巷道也可以用作也可以用作支护工作面支护工作面。使用液压千斤顶来提供初撑力使用液压千斤顶来提供初撑力, ,利用金属销和金属杆利用金属销和金属杆之间的摩擦来提供工作阻力之间的摩擦来提供工作阻力, ,工作阻力可以达到工作

3、阻力可以达到60KN60KN以上以上。进入。进入2020世纪世纪9090年代以后年代以后 逐渐被性能更加可靠逐渐被性能更加可靠的单体液压支柱替代的单体液压支柱替代。国家规定国家规定：回采工作面：回采工作面金属金属 摩擦支柱支护摩擦支柱支护20092009年底起年底起禁禁 止止使用。使用。 金属摩擦支柱结构简单，金属摩擦支柱结构简单，重且轻，造价低，回柱后复用重且轻，造价低，回柱后复用率高；率高； 但初撑力小且不均匀，容但初撑力小且不均匀，容易造成工作面顶板不均衡下沉易造成工作面顶板不均衡下沉和破碎。和破碎。单体液压支柱单体液压支柱单体液压支柱单体液压支柱工作阻力恒定，各支柱承受载荷均匀，工作阻

4、力恒定，各支柱承受载荷均匀，初撑力大，初撑力大，支设效率高。支设效率高。操作方便，工人劳动强度低，可操作方便，工人劳动强度低，可实现远距离卸载，实现远距离卸载，回柱安全。回柱安全。工作面顶板工作面顶板下沉量小下沉量小，冒顶事故少。，冒顶事故少。但构造比较复杂，如果局部密封失效，会导致整个但构造比较复杂，如果局部密封失效，会导致整个支柱失去支撑能力，维护检修量大，维护费用高。支柱失去支撑能力，维护检修量大，维护费用高。行业概况6:33page 417郑州煤矿机械集团股份有限公司郑州煤矿机械集团股份有限公司6:33page 418中煤北京煤矿机械有限责任公司中煤北京煤矿机械有限责任公司6:33pa

5、ge 419平顶山煤矿机械有限责任公司平顶山煤矿机械有限责任公司6:33page 4110山东矿机集团股份有限公司山东矿机集团股份有限公司6:33page 4111单体支柱的工作原理6:3312单体液压支柱是利用单体液压支柱是利用液体压力产生工作阻力液体压力产生工作阻力，并实现升柱和，并实现升柱和卸载的单根可缩性支柱。具有较大的卸载的单根可缩性支柱。具有较大的初撑力初撑力和恒定的和恒定的工作阻工作阻力力。与金属铰接顶梁配合，主要用于薄及中厚煤层长壁工作。与金属铰接顶梁配合，主要用于薄及中厚煤层长壁工作面。面。工作时支撑力三个阶段：工作时支撑力三个阶段： 开始升柱至单向阀关闭时开始升柱至单向阀关

6、闭时的的初撑增阻阶段初撑增阻阶段t t0 0，初撑后至，初撑后至安全阀开启前的安全阀开启前的增阻阶段增阻阶段t t1 1，安全阀出现脉动卸载时的安全阀出现脉动卸载时的恒恒阻阶段阻阶段t t2 2液压支架的液压支架的阻力阻力时间特性。时间特性。 第一节 单体液压支柱工作面布置情况：由由泵站泵站经经主油管主油管1输送的输送的高压乳化液高压乳化液用用注液枪注液枪 6注入注入单柱单柱4。每一个注液。每一个注液枪可担负几个支柱的供液工作。枪可担负几个支柱的供液工作。千千斤斤顶顶安安装装位位置置NDZNDZ型单体液压支柱型单体液压支柱 1、按供液方式不同分为、按供液方式不同分为内注式内注式和和外注式外注式

7、两种。两种。2、NDZ18-2580型为例说明内注式单体液压支柱的型为例说明内注式单体液压支柱的符号意义：符号意义：N一内注式；一内注式；DZ一单体液压支柱；一单体液压支柱；18一支柱最大高度，一支柱最大高度，1800mm；25一支柱额定工作阻力，一支柱额定工作阻力，250kN；80一油缸直径，一油缸直径，80mm。主要结构通气阀通气阀安全阀安全阀卸载阀卸载阀活活 塞塞通气阀内注式单体液压支柱是靠大气压力进行工作的。内注式单体液压支柱是靠大气压力进行工作的。活柱升高时，活柱内腔贮存的液压油不断压入油缸，活柱升高时，活柱内腔贮存的液压油不断压入油缸，同时活柱内腔不断补充大气；同时活柱内腔不断补充

8、大气；活柱下降时，油缸内液压油排出到活柱内腔，活柱内活柱下降时，油缸内液压油排出到活柱内腔，活柱内腔的多余气体通过通气阀排出腔的多余气体通过通气阀排出。通气阀支柱在直立时，钢球支柱在直立时，钢球2 2的重量作用在顶杆的重量作用在顶杆5 5和阀芯和阀芯6 6上从而使通上从而使通气阀被打开。这时空气阀被打开。这时空气经过滤网、阀芯气经过滤网、阀芯6 6和阀体之间与活柱上和阀体之间与活柱上腔相通。腔相通。安全阀和卸载阀安全阀和卸载阀内注式单体液压支柱随着顶板的下沉，活柱要下降一内注式单体液压支柱随着顶板的下沉，活柱要下降一点，但要求支柱对顶板的作用力应基本上保持不变，点，但要求支柱对顶板的作用力应基

9、本上保持不变，即支柱的工作特性是恒阻力即支柱的工作特性是恒阻力，这一，这一 特性特性是由安全阀来调定保证的。是由安全阀来调定保证的。同时安全阀又起着保护作用，使同时安全阀又起着保护作用，使支支 柱柱不致因超载过大而受到损坏。不致因超载过大而受到损坏。6:33page 4120活活 塞塞活塞是密封油缸和活活塞是密封油缸和活柱在运动时的导向装柱在运动时的导向装置，支柱工作时，活置，支柱工作时，活塞靠导向环塞靠导向环7导向。导向。 内注式单体液压支柱工作过程分为升柱与初撑、承载、回柱。工作原理升 柱初 撑 支柱顶盖与顶梁接触时，继续摇动手把。直到感到手把很费劲时，使支柱获得了规定的初撑力，即完成初撑

10、过程。承 载随着工作面的推进，支护空间的扩大和支护时间的延长，回采工作面的顶扳将产生不同程度的下沉，使作用在支柱上的顶板压力逐渐增加。当支柱所承受载荷达到额定工作阻力时，高压油经安全阀流回储油腔，活柱就均匀下缩，顶板微量下沉，而顶板压力形成新的平衡。回 柱工作面放顶回收支柱时，可根据工作面顶板状况的好坏，采用远距离方式或近距离方式远距离方式或近距离方式回柱。顶板条件较好时，采用近距离回柱。回柱时将卸载手把插入卸载环中，然后再扳动手把，带动凸轮转动，迫使安全阀向左移动，压缩卸载阀弹簧，打开卸载阀，于是工作腔内的高压油流回储油腔高压油流回储油腔。这时活柱在自重的作用下快速降柱，从而完成了回柱过程。

11、外注式单体液压支柱6:33page 4127 外注式单体液压支外注式单体液压支柱有两种，一种为柱有两种，一种为活塞式液压支柱活塞式液压支柱，另一种为另一种为悬浮式液悬浮式液压支柱压支柱。其工作原。其工作原理和内注式单体液理和内注式单体液压支柱类似，也包压支柱类似，也包括括升柱、初撑、承升柱、初撑、承载、卸载回柱载、卸载回柱四四个个过程。过程。1-顶盖；顶盖；2-三用阀；三用阀；3-活柱；活柱；4-缸体；缸体；5-复位弹簧；复位弹簧；6-活塞；活塞；7-底座；底座；8-卸载手把；卸载手把；9-注液枪；注液枪；10-供液管供液管 工作原理：工作原理：升柱、初撑、承载、卸载回柱升柱、初撑、承载、卸载

12、回柱 2. 外注式单体液压支柱外注式单体液压支柱(DZ)三用阀是外注式单体液压支柱三用阀是外注式单体液压支柱的心脏，它由的心脏，它由单向阀、卸载阀单向阀、卸载阀和安全阀和安全阀3 3部分组成。部分组成。单向阀供单向阀供单体液压支柱单体液压支柱进液升柱进液升柱用用。卸载阀供单体液压支柱卸载阀供单体液压支柱卸载回柱卸载回柱用。用。安全阀保证单体液压支柱安全阀保证单体液压支柱具有过载保具有过载保护、恒护、恒阻特件。阻特件。1 1升柱与初撑升柱与初撑 升升柱与初撑时，首先将柱与初撑时，首先将注液枪注液枪9 9插入支柱插入支柱三用阀三用阀2 2的注液孔中，的注液孔中，从乳化液泵站来的高压液体由从乳化液泵

13、站来的高压液体由供液管供液管1010经注液枪和三用阀中经注液枪和三用阀中的单向阀进入支柱下腔，活柱的单向阀进入支柱下腔，活柱升起。支柱内腔的压力达到泵升起。支柱内腔的压力达到泵站压力，拔出注液枪，这时支站压力，拔出注液枪，这时支柱给予顶板的支撑力为初撑力柱给予顶板的支撑力为初撑力。外注式单体液压支柱2 2承载承载 当当顶板压力超过三用阀中安顶板压力超过三用阀中安全阀限定的工作阻力时，安全阀限定的工作阻力时，安全阀打开，液体外溢，支柱全阀打开，液体外溢，支柱内腔压力随之降低，支柱下内腔压力随之降低，支柱下缩。当支柱所受载荷低于额缩。当支柱所受载荷低于额定工作阻力时，安全阀关闭，定工作阻力时，安全

14、阀关闭，腔内液体停止外溢。上述现腔内液体停止外溢。上述现象在支柱支护过程中重复出象在支柱支护过程中重复出现。因此，支柱的载荷始终现。因此，支柱的载荷始终保持在保持在额定工作阻力额定工作阻力左右。左右。外注式单体液压支柱3 3卸载降柱卸载降柱 扳动扳动卸载手把卸载手把8 8，打开卸载阀，打开卸载阀，柱内的工作液体排出柱外，柱内的工作液体排出柱外，活柱在自重和复位弹簧的作活柱在自重和复位弹簧的作用下缩回，完成卸载降柱过用下缩回，完成卸载降柱过程程。外注式单体液压支柱三用阀：三用阀：由由单向阀单向阀、安全阀安全阀和和卸载阀卸载阀组装而成，分别承担支组装而成，分别承担支柱的柱的注液升柱注液升柱、过载保

15、护过载保护和和卸载降柱卸载降柱功能。功能。单体液压支柱配套部件单体液压支柱配套部件注液枪注液枪page 41336:33page 4134金属铰接顶梁金属铰接顶梁：单体液压支柱：单体液压支柱必须与铰接顶梁配合使用必须与铰接顶梁配合使用。由。由梁体梁体1 1、楔子、楔子2 2、销子、销子3 3、接头、接头4 4、定位块、定位块5 5和耳子和耳子6 6组成。梁体组成。梁体1 1的断面为箱形结构，由扁钢组焊而成的断面为箱形结构，由扁钢组焊而成 单体液压支柱配套部件单体液压支柱配套部件架设顶梁时，先将要安设的顶梁右端接头架设顶梁时，先将要安设的顶梁右端接头4 4插入已架插入已架设好的顶梁一端的耳子设好

16、的顶梁一端的耳子6 6中，然后用销子穿上并固紧，中，然后用销子穿上并固紧，以便两根顶梁铰接在一起。最后将楔子以便两根顶梁铰接在一起。最后将楔子2 2打入夹口打入夹口7 7中，中，顶梁就可悬臂支撑顶板。待新支设的顶梁已被支柱支顶梁就可悬臂支撑顶板。待新支设的顶梁已被支柱支撑时，应及时将楔子拔出，以免因顶板下沉将楔子咬撑时，应及时将楔子拔出，以免因顶板下沉将楔子咬死。死。选用顶梁时，应使其长度与采煤机截深相同或成整数选用顶梁时，应使其长度与采煤机截深相同或成整数倍。倍。金属铰接顶梁工作原理金属铰接顶梁工作原理架设顶梁时，先将要安设的顶梁架设顶梁时，先将要安设的顶梁右端接头右端接头4 4插入已架设好

17、插入已架设好的顶梁一端的的顶梁一端的耳子耳子中，然后用中，然后用销子销子穿上并固紧，以使两根顶穿上并固紧，以使两根顶梁梁铰接铰接在一起在一起。最后最后将将楔子楔子2 2打入打入夹口夹口7 7中，顶梁就可悬臂支撑顶板中，顶梁就可悬臂支撑顶板。待待新支设的顶梁已被支柱支撑时，应及时将楔子拔出，以新支设的顶梁已被支柱支撑时，应及时将楔子拔出，以免因顶板下沉将楔子咬死。免因顶板下沉将楔子咬死。选用顶梁时，应使其长度与采煤机截深相同或成整数倍。选用顶梁时，应使其长度与采煤机截深相同或成整数倍。金属铰接顶梁金属铰接顶梁6:33page 4139切顶支柱工作面设备布置图切顶支柱工作面设备布置图6:33pag

18、e 4140切顶支柱切顶支柱6:33page 4141放顶支柱动作工艺过程6:33page 4142滑移铰接顶梁支架滑移铰接顶梁支架6:33page 41436:33page 4144滑移铰接顶梁支架6:33page 4145第十六章第十六章液压支架液压支架6:33page 4146液压支架6:33page 4147液压支架组成液压支架组成6:33page 4148液压支架的工作原理液压支架的工作原理6:33page 41496:33page 4150液压支架的分类6:33page 41516:33page 4152支撑式6:33page 50536:33page 4154掩护式6:33page 41556:33page 4156支撑掩护式6:33page 41576:33page 41