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【摘 要】介绍了煤矿机械化开采中冲击地压的危害，并分析了提高煤矿支护设备抗冲击能力的必要性，从液压支架双扭线的选取、结构件的刚度、安全阀的选取和应用、单体液压支柱的应用等几个方面分析了支护设备的抗冲击能力。
【关键词】支护设备；液压支架；冲击地压
0.前言
冲击地压（冲击矿压、冲击载荷）是一种异常的矿压显现形式。冲击地压发生时，煤岩体中应变能发生突变，短时间内急剧、猛烈的释放大量能量，从而导致工作面或巷道的煤岩层结构瞬间被破坏，严重时会造成综采综放工作面的严重破坏和工作人员的大量伤亡，特别是工作面的液压支架，轻者可发生立柱涨缸、缸口撕裂、活柱弯曲，重者液压支架被压死，造成整个工作面的瘫痪，严重影响工作面的正常生产和煤矿事业发展，给煤炭企业造成重大的经济损失。随着我国煤炭开采事业的发展，煤矿开采深度不断增加，采空区面积日渐扩大，冲击地压发生的频率越来越高，危害程度越来越大[1]。针对这一问题，提高煤矿开采支护设备的可靠性、提高支护设备的抗冲击能力，是解决这一问题的最有效的途径，具体可采取以下措施：
1.提高支护设备抗冲击能力的措施
（1）从液压支架的设计入手，合理的调整液压支架的设计参数，特别是四连杆结构的设计参数，应取双扭线向前凸的一段为支架的工作高度范围（如图1），根据支架受力分析，在顶板来压时立柱安全阀开启泄液，立柱下缩让压，在双扭线向前凸的一段，立柱下缩让压，使顶梁有向前运动的趋势，由于摩擦力的作用，可有效的防止顶板向后移动，这时岩层顶板作用在顶梁上的摩擦力指向采空区，同时由于底座和底板之间摩擦力的作用，阻止底座向后移动，这样整个支架有一个向采空区转动的趋势，增加了顶梁前端对顶板的支护能力。有效防止顶梁前端顶板冒顶和煤壁片邦，同时，由于摩擦力的作用，整个支架水平合力减小，即减小了立柱所承受的水平力和掩护梁所承受的水平力，有效的防止了立柱因承受水平力过大而损坏。
（2）在设计液压支架主要结构件一顶梁、底座、掩护梁、连杆时，要加强其可靠性和安全性，安全系数要足够大，特别是要有足够的刚性，这是因为：如果主要结构件的刚性不够，支架受到冲击矿压时，结构件的弹性变形量相应增大，过大的弹性变形量容易使焊缝撕裂，造成结构件损坏。也可通过有限元分析优化支架结构，加强主要结构件应力较大部位的强度和刚性，这样可以减少盲目设计，使设计结构更加合理。
（3）解决冲击地压的问题，除了从支架设计上入手外，合理的使用液压支架，也是缓解冲击地压的有效途径，有资料显示，立柱活柱伸出越短，立柱稳定性越好，抗冲击能力越强，所以，在预测有冲击矿压显现时，尽量降低支架的使用高度，可有效的提高支架的抗冲击能力。同时，综放工作面减小放煤高度，加大支架的推进速度，丢下一部分顶煤不采不放，减小出煤率，增加采空区煤和矸石的填充量，使老顶的重量和压力一部分被采空区的煤和垮落的矸石来支撑，也可以大大减轻液压支架受冲击的程度。
（4）在工作面三机配套（采煤机、运输机、液压支架）允许的情况下，支架工作阻力确定后，选用立柱缸径时，立柱的承载力要有较大的富余量。按照MT/94-1996《液压支架立柱、千斤顶内径及活塞杆外径系列》，立柱缸径一定时，立柱的公称承载力应取给定范围的下限附近值。这样，立柱的承载力有较大富余量，在冲击地压来临时，可以更好的保护立柱不受损坏。
（5）为液压支架立柱选用较大流量的安全阀，或者是配备两个安全阀，安全阀不经过液控单向阀而是直接连接在立柱下腔，当支架受到冲击矿压时，立柱大流量安全阀可以快速卸液让压，有效的保护了液压支架的安全。
（6）安全阀的流量要大，同时要求安全阀卸载反应要灵敏，因为冲击压力显现的过程非常快，在短时间内（约0.02s）释放大量的能量。所以要求安全阀的卸载反应要快，否则，安全阀来不及泄液，立柱（或者相关结构件）就已经被损坏了。常用的普通安全阀液体压力通过阀芯压缩弹簧，进而顶开阀体座泄液，整个泄载过程仍需一定的时间。国内也曾经用过充气安全阀（WBYF型充气安全阀），就是以气室内的气体的压缩性代替弹簧，由于气体可以成倍的压缩，在冲击载荷来临时，气室受压迅速收缩，吸收冲击载荷的能量，同时以同样的速度增加气室的压力，气室压力足够时，打开安全阀开始泄载。但是气体更容易泄漏，并且气体更容易受到温度的影响，对密封件的材质和性能要求更高，随着季节温度的变化，气体安全阀检测、维护比较复杂，这是充气安全阀不能推广使用的主要原因。有资料显示，国外为丁解决冲击矿压对支架的影响，研制开发一种带“气室”的立柱（如图2），也就是说，把立柱的活柱分成两段，在两段之间加一气室，不影响立柱的液压行程，当冲击矿压来临时，立柱的“气室”可迅速收缩，有效的缓解冲击矿压的压力。
（7）当工作面受到冲击压力时，其上、下两巷经常受到较大的冲击压力，两巷设备受到的损害也比较严重，其中一个重要原因是因为上、下两巷的支护设备相对工作面一般比较薄弱，很多工作面只用单体液压支柱支护上、下两巷，在这种条件下，当预测到冲击载荷来临时，首先要加大单体支柱的缸径，当然要考虑井下工人的搬运方便，同时也要加大安全阀的流量，加密单位面积上单体液压支柱的数量，增加两巷支护设备的支护能力，保证两巷的安全性。
（8）为了降低冲击载荷对采煤设备和人员的伤害，国内外对“冲击矿压”作了大量的研究，并建立了初步的理论，在这个理论的指导下，对“冲击矿压”可以初步预测，预测手段也比较多，例如：冲击倾向性确定、地应力测定、地质动力区划分等，通过有效的预测，可以采取一些防护措施。国内常用的防护措施有：煤层泄载爆破、钻孔泄压、煤层切槽、地板定向切槽等，这些措施在国内都有应用，且取得了一定的效果。
2.结束语
针对“冲击矿压”对综采工作面造成的危害，应引起我们足够的重视，我们不但要从地质条件等根本因素入手进行研究，同时也要对支护设备加以改进，采取可靠的支护手段，以缓解冲击压力对工作面造成的危害，促进我国煤炭开采事业的发展。
【参考文献】
[1]齐庆新，王德兵，康元军，等.冲击地压理论与技术[M].北京：煤炭工业出版社，2002，6.
【关键词】支护设备；液压支架；冲击地压
0.前言
冲击地压（冲击矿压、冲击载荷）是一种异常的矿压显现形式。冲击地压发生时，煤岩体中应变能发生突变，短时间内急剧、猛烈的释放大量能量，从而导致工作面或巷道的煤岩层结构瞬间被破坏，严重时会造成综采综放工作面的严重破坏和工作人员的大量伤亡，特别是工作面的液压支架，轻者可发生立柱涨缸、缸口撕裂、活柱弯曲，重者液压支架被压死，造成整个工作面的瘫痪，严重影响工作面的正常生产和煤矿事业发展，给煤炭企业造成重大的经济损失。随着我国煤炭开采事业的发展，煤矿开采深度不断增加，采空区面积日渐扩大，冲击地压发生的频率越来越高，危害程度越来越大[1]。针对这一问题，提高煤矿开采支护设备的可靠性、提高支护设备的抗冲击能力，是解决这一问题的最有效的途径，具体可采取以下措施：
1.提高支护设备抗冲击能力的措施
（1）从液压支架的设计入手，合理的调整液压支架的设计参数，特别是四连杆结构的设计参数，应取双扭线向前凸的一段为支架的工作高度范围（如图1），根据支架受力分析，在顶板来压时立柱安全阀开启泄液，立柱下缩让压，在双扭线向前凸的一段，立柱下缩让压，使顶梁有向前运动的趋势，由于摩擦力的作用，可有效的防止顶板向后移动，这时岩层顶板作用在顶梁上的摩擦力指向采空区，同时由于底座和底板之间摩擦力的作用，阻止底座向后移动，这样整个支架有一个向采空区转动的趋势，增加了顶梁前端对顶板的支护能力。有效防止顶梁前端顶板冒顶和煤壁片邦，同时，由于摩擦力的作用，整个支架水平合力减小，即减小了立柱所承受的水平力和掩护梁所承受的水平力，有效的防止了立柱因承受水平力过大而损坏。
（2）在设计液压支架主要结构件一顶梁、底座、掩护梁、连杆时，要加强其可靠性和安全性，安全系数要足够大，特别是要有足够的刚性，这是因为：如果主要结构件的刚性不够，支架受到冲击矿压时，结构件的弹性变形量相应增大，过大的弹性变形量容易使焊缝撕裂，造成结构件损坏。也可通过有限元分析优化支架结构，加强主要结构件应力较大部位的强度和刚性，这样可以减少盲目设计，使设计结构更加合理。
（3）解决冲击地压的问题，除了从支架设计上入手外，合理的使用液压支架，也是缓解冲击地压的有效途径，有资料显示，立柱活柱伸出越短，立柱稳定性越好，抗冲击能力越强，所以，在预测有冲击矿压显现时，尽量降低支架的使用高度，可有效的提高支架的抗冲击能力。同时，综放工作面减小放煤高度，加大支架的推进速度，丢下一部分顶煤不采不放，减小出煤率，增加采空区煤和矸石的填充量，使老顶的重量和压力一部分被采空区的煤和垮落的矸石来支撑，也可以大大减轻液压支架受冲击的程度。
（4）在工作面三机配套（采煤机、运输机、液压支架）允许的情况下，支架工作阻力确定后，选用立柱缸径时，立柱的承载力要有较大的富余量。按照MT/94-1996《液压支架立柱、千斤顶内径及活塞杆外径系列》，立柱缸径一定时，立柱的公称承载力应取给定范围的下限附近值。这样，立柱的承载力有较大富余量，在冲击地压来临时，可以更好的保护立柱不受损坏。
（5）为液压支架立柱选用较大流量的安全阀，或者是配备两个安全阀，安全阀不经过液控单向阀而是直接连接在立柱下腔，当支架受到冲击矿压时，立柱大流量安全阀可以快速卸液让压，有效的保护了液压支架的安全。
（6）安全阀的流量要大，同时要求安全阀卸载反应要灵敏，因为冲击压力显现的过程非常快，在短时间内（约0.02s）释放大量的能量。所以要求安全阀的卸载反应要快，否则，安全阀来不及泄液，立柱（或者相关结构件）就已经被损坏了。常用的普通安全阀液体压力通过阀芯压缩弹簧，进而顶开阀体座泄液，整个泄载过程仍需一定的时间。国内也曾经用过充气安全阀（WBYF型充气安全阀），就是以气室内的气体的压缩性代替弹簧，由于气体可以成倍的压缩，在冲击载荷来临时，气室受压迅速收缩，吸收冲击载荷的能量，同时以同样的速度增加气室的压力，气室压力足够时，打开安全阀开始泄载。但是气体更容易泄漏，并且气体更容易受到温度的影响，对密封件的材质和性能要求更高，随着季节温度的变化，气体安全阀检测、维护比较复杂，这是充气安全阀不能推广使用的主要原因。有资料显示，国外为丁解决冲击矿压对支架的影响，研制开发一种带“气室”的立柱（如图2），也就是说，把立柱的活柱分成两段，在两段之间加一气室，不影响立柱的液压行程，当冲击矿压来临时，立柱的“气室”可迅速收缩，有效的缓解冲击矿压的压力。
（7）当工作面受到冲击压力时，其上、下两巷经常受到较大的冲击压力，两巷设备受到的损害也比较严重，其中一个重要原因是因为上、下两巷的支护设备相对工作面一般比较薄弱，很多工作面只用单体液压支柱支护上、下两巷，在这种条件下，当预测到冲击载荷来临时，首先要加大单体支柱的缸径，当然要考虑井下工人的搬运方便，同时也要加大安全阀的流量，加密单位面积上单体液压支柱的数量，增加两巷支护设备的支护能力，保证两巷的安全性。
（8）为了降低冲击载荷对采煤设备和人员的伤害，国内外对“冲击矿压”作了大量的研究，并建立了初步的理论，在这个理论的指导下，对“冲击矿压”可以初步预测，预测手段也比较多，例如：冲击倾向性确定、地应力测定、地质动力区划分等，通过有效的预测，可以采取一些防护措施。国内常用的防护措施有：煤层泄载爆破、钻孔泄压、煤层切槽、地板定向切槽等，这些措施在国内都有应用，且取得了一定的效果。
2.结束语
针对“冲击矿压”对综采工作面造成的危害，应引起我们足够的重视，我们不但要从地质条件等根本因素入手进行研究，同时也要对支护设备加以改进，采取可靠的支护手段，以缓解冲击压力对工作面造成的危害，促进我国煤炭开采事业的发展。
【参考文献】
[1]齐庆新，王德兵，康元军，等.冲击地压理论与技术[M].北京：煤炭工业出版社，2002，6.