一种煤矿用液压支架及其控制方法.pdf

本发明公开了一种煤矿用液压支架，包括：顶梁；液压活塞立柱，其内部中空，充满液压油，并具有活塞，活塞柱支撑在所述顶梁底部；操纵阀，其为连通的多个液压阀，所述液压阀与所述液压活塞立柱的底部连通；液控单向阀，其设置在所述液压活塞立柱和所述操纵阀之间；液压泵，其连通所述液压活塞立柱的上腔和下腔，用于向所述液压活塞立柱输送高压液体；底座，其设置在所述液压活塞立柱底部，采用液压立柱，具有合理的工作阻力和足够的抗压抗弯强度，采用液压单向阀，密封性能好，结构简单，还提供煤矿用液压支架控制方法，给出初撑完成时间计算公式和承载泄压阀关闭计算方法，能够更好的保证支架达到设计的工作阻力，获得更稳定的工作状态。

1.一种煤矿用液压支架，其特征在于，包括：
顶梁；
液压活塞立柱，其内部中空，充满液压油，并具有活塞，活塞柱支撑在所述顶梁底部；
操纵阀，其为连通的多个液压阀，所述液压阀与所述液压活塞立柱的底部连通；
液控单向阀，其设置在所述液压活塞立柱和所述操纵阀之间；
液压泵，其连通所述液压活塞立柱的上腔和下腔，用于向所述液压活塞立柱输送高压
液体；
底座，其设置在所述液压活塞立柱底部。
2.根据权利要求1所述的煤矿用液压支架，其特征在于，还包括泄压阀，其设置在所述
液压活塞立柱和所述液压单向阀之间，用于将所述液压活塞立柱内的高压液体卸出。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿用液压支架，其特征在于，还包括推移千斤顶，其连通
所述液压泵。
4.根据权利要求3所述的煤矿用液压支架，其特征在于，还包括：输送机，其连通所述千
斤顶。
5.根据权利要求2所述的煤矿用液压支架，其特征在于，所述泄压阀设置有压力传感
器。
6.根据权利要求1所述的煤矿用液压支架，其特征在于，所述液压泵为高压乳化泵。
7.根据权利要求1-2、4-6中任一项所述的煤矿用液压支架，其特征在于，还包括全长侧
护板，其与所述顶梁铰接。
8.根据权利要求1所述的煤矿用液压支架，其特征在于，所述液控单向阀包括：
阀体，其内部中空，顶部设有进液口、底部设置有出液口、中间设置有控制液进口和设
置在中间位置的多个横向通道，泄液通道；
主阀芯，其设置在所述阀体内部；
顶杆，其贯穿设置在所述阀体内部，所述顶杆的一端设有控制活塞，所述控制活塞顶部
连接弹簧的一端，所述弹簧的另一端固定在所述阀体上。
9.一种煤矿用液压支架控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一：初撑；操纵阀设置在升柱位置，由泵站输送来的高压液体，经液压单控阀进入
液压活塞立柱的下腔，同时液压活塞立柱上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板，经历
时间t后，将操纵阀置于中位，液控单向阀关闭；
其中，
P_u为液压活塞立柱下腔压力；P_y为液压泵的压力；l₁为初次来压步距，H为煤层开采厚
度，l₂为初次垮落步距；H为煤层开采厚度；
步骤二：承载；顶板下沉产生的压力导致液压活塞立柱下腔液体压力增加，当立柱下腔
压力P_u小于泄压阀的动作压P₀时，泄压阀关闭，停止卸液；
$P_0=\frac{P\·|H-\frac{\sqrt{l_1^2+l_2^2}}{tan\mathrm{\α}}+2\sqrt{\frac{1}{2}{\mathrm{gt}}^{2}sin\mathrm{\ω}}\·\frac{{(l_1^2+l_2^2)}^{\frac{1}{4}}}{tan\mathrm{\ω}}|}{H}$
P为液压支架顶部压力，α液压支架侧倾角，ω为液压支架最大倾角，l₁为初次来压步距，
H为煤层开采厚度，l₂为初次垮落步距；g为重力加速度。

一种煤矿用液压支架及其控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿支架领域，尤其涉及一种煤矿用液压支架和一种煤矿用液压支架
控制方法。

背景技术

液压支架作为一种支护设备，在煤炭综采过程中具有广泛的应用。液压支架一般
包括护帮板、顶梁等部件，护帮板与顶梁铰接，千斤顶连接在护帮板和顶梁之间，通过千斤
顶的伸缩控制护帮板的伸出，实现超前支护的功能，目前，现有的液压支架只具有顶梁机
构，在某些特定的地质条件下，例如，某煤矿地质条件为煤层厚度3.2米，中间有1.2米到2.1
米的不均匀夹矸，上煤层0.4米，下煤层0.55米，对于该煤矿，若使用现有的液压支架，其开
采方法是：在上层煤的底部割一部分岩石(即割底作业)，在下层煤的顶部割一部分岩石(即
割顶作业)，然后将岩石与煤层一起开采，该种开采方式导致岩、煤混合，影响了煤炭的质
量，需要通过后续的选煤过程来分拣岩石和煤，增加了选煤的成本，浪费了作业时间。

发明内容

本发明设计开发了一种煤矿用液压支架，采用液压立柱，具有合理的工作阻力和
足够的抗压抗弯强度，采用液压单向阀，密封性能好，结构简单。

本发明还有一个目的是提供煤矿用液压支架控制方法，给出初撑完成时间计算公
式和承载泄压阀关闭计算方法，能够更好的保证支架达到设计的工作阻力，获得更稳定的
工作状态。

本发明提供的技术方案为：

一种煤矿用液压支架，包括：

顶梁；

底座；

液压活塞立柱，其内部中空，充满液压油，并具有活塞，活塞柱支撑在所述顶梁底
部；

操纵阀，其为连通的多个液压阀，所述液压阀与所述液压活塞立柱的底部连通；

液控单向阀，其设置在所述液压活塞立柱和所述操纵阀之间；

液压泵，其连通所述液压活塞立柱的上腔和下腔，用于向所述液压活塞立柱输送
高压液体。

优选的是，还包括泄压阀，其设置在所述液压活塞立柱和所述液压单向阀之间，用
于将所述液压活塞立柱内的高压液体卸出。

优选的是，还包括推移千斤顶，其连通所述液压泵。

优选的是，还包括：输送机，其连通所述千斤顶。

优选的是，所述泄压阀设置有压力传感器。

优选的是，所述液压泵为高压乳化泵。

优选的是，还包括全长侧护板，其与所述顶梁铰接。

优选的是，所述液控单向阀包括：

阀体，其内部中空，顶部设有进液口、底部设置有出液口、中间设置有控制液进口
和设置在中间位置的多个横向通道，泄液通道；

主阀芯，其设置在所述阀体内部；

顶杆，其贯穿设置在所述阀体内部，所述顶杆的一端设有控制活塞，所述控制活塞
顶部连接弹簧的一端，所述弹簧的另一端固定在所述阀体上。

一种煤矿用液压支架控制方法，包括以下几个步骤：

步骤一：初撑；操纵阀设置在升柱位置，由泵站输送来的高压液体，经液压单控阀
进入液压活塞立柱的下腔，同时液压活塞立柱上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板，
经历时间t后，将操纵阀置于中位，液控单向阀关闭；

其中，

P_u为液压活塞立柱下腔压力；P_y为液压泵的压力；l₁为初次来压步距，H为煤层开采
厚度，l₂为初次垮落步距；H为煤层开采厚度；

步骤二：承载；顶板下沉产生的压力导致液压活塞立柱下腔液体压力增加，当立柱
下腔压力P_u小于泄压阀的动作压P₀时，泄压阀关闭，停止卸液；

P为液压支架顶部压力，α液压支架侧倾角，ω为液压支架最大倾角，l₁为初次来压
步距，H为煤层开采厚度，l₂为初次垮落步距；g为重力加速度。

本发明所述的有益效果

本发明提供的一种煤矿用液压支架，采用液压立柱，具有合理的工作阻力和足够
的抗压抗弯强度，采用液压单向阀，密封性能好，结构简单。

本发明还供一种煤矿用液压支架控制方法，给出初撑完成时间计算公式和承载泄
压阀关闭计算方法，能够更好的保证支架达到设计的工作阻力，获得更稳定的工作状态。

附图说明

图1为本发明所述的煤矿用液压支的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文
字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供煤矿用液压支架，包括：顶梁110、液压活塞立柱120、底座
130、操纵阀170、操纵阀180、液压单向阀180和液压泵200。

其中，液压活塞立柱120内部中空，充满液压油，并具有活塞，活塞柱支撑在顶梁
110底部；操纵阀170和操纵阀180，其为连通的多个液压阀，液压阀与液压活塞立柱120的底
部连通；液控单向阀180，其设置在液压活塞立柱120和操纵阀170和操纵阀180之间；液控单
向阀是支架液压系统中的关键原件之一，通常称为“液压锁”，支架的工作可靠与否，与单向
阀的密封性能有直接关系，如果单向阀锁不住立柱下腔的工作液体，支架就会出现自动慢
慢下所，使不能允许的，如果液压单向阀动作不灵敏，则立柱的初撑力就达不到设计要求，
因此要求液压单向阀密封可靠动作灵敏，并要求使用寿命长。液压泵200，，其连通液压活塞
立柱120的上腔和下腔，用于向液压活塞立柱120输送高压液体。

泄压阀150，其设置在液压活塞立柱120和液压单向阀180之间，用于将液压活塞立
柱120内的高压液体卸出，作为一种优选泄压阀内部设置有压力传感器。

推移千斤顶140，其连通液压泵200，输送机190，其连通推移千斤顶140。

作为一种优选，液压泵200为高压乳化泵。

作为一种优选，还包括全长侧护板，其与顶梁110铰接。

实施以煤矿用液压支架的工作过程为例，作进一步说明

初撑过程：操纵阀170和操纵阀180设置在升柱位置，由液压泵200输送来的高压液
体，经液压单控阀160进入液压活塞立柱120的下腔，同时液压活塞立柱120的上腔排液，于
是活塞柱和顶梁110升起，支撑顶板，当顶梁110接触顶板，液压活塞立柱下腔的压力达到泵
站的压力后操纵阀170和操纵阀180置于中位，液控单向阀160关闭，经历时间t后，将操纵阀
置于中位，液控单向阀160关闭，从而液压活塞立柱120的下腔封闭，从而完成支架的初撑阶
段；

承载过程：支架初撑后，进入承载阶段，随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力
不断增加，液压活塞立柱120的下腔被封闭的液体压力随之迅速升高，液压支架受到弹性压
缩，并由于立柱缸壁的弹性变形而使缸径产生弹性扩张，这一过程就是支架的增阻过程，当
下腔液体的压力超过泄压阀150的动作压力时，高压液体经泄压阀150泄出，活塞立柱下缩，
直至立柱下腔的压力小于泄压阀150的动作压时，泄压阀150关闭，停止卸液，从而使立柱工
作阻力保持恒定，这就是横阻过程。

卸载过程：当操纵阀180和操纵阀170处于降架位置时，高压液体进入液压活塞立
柱120的上腔，同时打开液控单向阀160，液压活塞立柱120下腔排液，于是立柱卸载下降。

一种煤矿用液压支架控制方法，包括以下几个步骤：

步骤一：初撑；操纵阀设置在升柱位置，由泵站输送来的高压液体，经液压单控阀
进入液压活塞立柱的下腔，同时液压活塞立柱上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板，
经历时间t后，将操纵阀置于中位，液控单向阀关闭；

其中，

P_u为液压活塞立柱下腔压力；P_y为液压泵的压力；l₁为初次来压步距，H为煤层开采
厚度，l₂为初次垮落步距；H为煤层开采厚度；

步骤二：承载；顶板下沉产生的压力导致液压活塞立柱下腔液体压力增加，当立柱
下腔压力P_u小于泄压阀的动作压P₀时，泄压阀关闭，停止卸液；

P为液压支架顶部压力，α液压支架侧倾角，ω为液压支架最大倾角，l₁为初次来压
步距，H为煤层开采厚度，l₂为初次垮落步距；g为重力加速度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列
运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地
实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限
于特定的细节和这里示出与描述的图例。