煤礦用液壓支架的輕量化設(shè)計(jì)探討

鄧凱吉 郝少鵬

摘 要：近年來我國經(jīng)濟(jì)取得了穩(wěn)定較快發(fā)展，隨著國內(nèi)煤炭資源需求的增大，對于煤礦的開采和勘探工作規(guī)模逐漸變大，同時在煤礦中利用液壓支架的輕量化設(shè)計(jì)方法也變得尤為重要。本文就煤礦中利用液壓支架的輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)展開討論，主要涉及輕量化設(shè)計(jì)存在的問題以及發(fā)展方向兩個方面。

關(guān)鍵詞：煤礦;液壓支架;輕量化設(shè)計(jì)

隨著社會的不斷進(jìn)步，近年來我國在煤礦資源的開發(fā)利用上也有了較大的技術(shù)突破和設(shè)計(jì)研究，其中伴隨著液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)使用，極大地促進(jìn)了煤炭行業(yè)的產(chǎn)能升級、改造進(jìn)程，適應(yīng)了行業(yè)轉(zhuǎn)型的需求;同時在一定程度上提高了煤炭資源開發(fā)的安全程度。但在實(shí)際使用當(dāng)中，液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)方案仍然面臨著較大的問題，下面對于液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)問題和使用展開詳細(xì)論述。

1 煤礦液壓支架的輕量化設(shè)計(jì)問題分析

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，我國大多數(shù)煤炭開采企業(yè)中都會采用液壓支架輕量化技術(shù)設(shè)計(jì)方法，來提高煤炭資源的開采量和開采水平。借助液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)在完善產(chǎn)能機(jī)構(gòu)的同時，也適當(dāng)?shù)臏p少了資源浪費(fèi)，增加了技術(shù)開發(fā)利用，促進(jìn)了煤炭行業(yè)的發(fā)展。然而，不同使用液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)裝置也存在著不同的問題類型，下面具體展開論述。

在具體的液壓裝置發(fā)展進(jìn)程中，我國的煤炭液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)一直處于一個起步晚、發(fā)展速度快、利用程度較高的現(xiàn)實(shí)情況上。但是考慮到具體的諸如開采環(huán)境和地理?xiàng)l件以及開采能力等實(shí)踐水平的限制，具體的煤礦液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)使用，存在一定的現(xiàn)實(shí)問題;在具體利用時需要因地制宜，考慮到不同作業(yè)方式和地質(zhì)構(gòu)造的外在環(huán)境限制。除此之外，在分析利用液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)方法時，會受到分析能力和條件的影響，對于液壓支架的選擇上也會存在差異。當(dāng)開采人員使用有限元法進(jìn)行初始的強(qiáng)度分析時，必不可少的就會出現(xiàn)計(jì)算數(shù)學(xué)與彈性相關(guān)理論的問題。開采人員需要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而達(dá)到精準(zhǔn)、高效的解決煤礦開采問題的目的。借助計(jì)算機(jī)開展的有限分析，不僅在一定程度上是對煤炭開采技術(shù)的進(jìn)步，而且也為液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

除此之外，在進(jìn)行實(shí)際的煤礦液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)利用時，也存在著焊接工藝的使用問題。由于我國現(xiàn)在的焊接技術(shù)還落后于國外，所以在進(jìn)行與煤炭液壓支架輕量化的設(shè)計(jì)相關(guān)的焊接時，不可避免的將會出現(xiàn)各種問題，從而影響到整體裝置的使用。同時，在具體的操作過程中，電液閥技術(shù)作為一個重要的支撐對于液壓支架的使用年限和實(shí)用水平都有較大影響。

2 煤礦液壓支架的輕量化設(shè)計(jì)使用對策

上面已經(jīng)對煤礦液壓支架輕量化設(shè)計(jì)容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了大致的分析，可以看出，煤礦開采過程中對于具體液壓支架輕量化設(shè)計(jì)的使用受到諸多因素的影響。根據(jù)以上信息以及液壓支架輕量化設(shè)計(jì)使用在實(shí)際操作中應(yīng)注意的問題，進(jìn)而采取有針對性的措施進(jìn)行排查、改進(jìn)。主要對策有以下幾個方面：

2.1 液壓支架輕量化優(yōu)化目標(biāo)

在實(shí)際的煤炭開采工程中，液壓支架在使用時必須具備一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度構(gòu)造，才能承重一定的水平，幫助煤炭資源的開采工作。但是，考慮到煤礦的地理環(huán)境以及地質(zhì)構(gòu)造等條件，在輕量化設(shè)計(jì)上，首先要對液壓支架的重量和構(gòu)造進(jìn)行改善，達(dá)到小體積大能量的使用效果。在優(yōu)化體積之外的方面就是改變液壓支架的適用范圍，改變液壓支架的應(yīng)力和強(qiáng)度限制，最終達(dá)到在合理區(qū)間內(nèi)液壓支架輕量化的最佳效果。最后一個優(yōu)化方面在于液壓支架優(yōu)化前后的對比問題，在保持液壓支架有之前一般使用效果的同時，還要保障在一定限度上對于液壓支架的構(gòu)造整改和技術(shù)進(jìn)步。優(yōu)化以后的液壓支架不僅具有更加合理的構(gòu)造布局，而且其體型、用材和操作難度都將有所降低，并且有效地節(jié)約了煤炭開采的成本。

2.2 液壓支架的設(shè)計(jì)改造工程建設(shè)

在進(jìn)行了上文的對于液壓支架輕量化目標(biāo)的改建之后，對于液壓支架的設(shè)計(jì)改造工程將變得尤為重要。在進(jìn)行煤礦勘探和實(shí)際操作過程中，高度的機(jī)械化液壓裝置不僅對于作業(yè)效率是較大的提升，而且對于煤炭企業(yè)也是創(chuàng)造出較大的企業(yè)效益;借助液壓支架的使用，在降低相關(guān)工作人員的施工強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，也是提高安全性和效率的一個體現(xiàn)。但是，這一切都要建立在液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)改造過程之后。具體的設(shè)計(jì)改造包括材料的輕量化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輕量化以及制作工藝的輕量化。從材料的選擇上入手，對于液壓支架中造價較高的材料，選擇另外一種復(fù)合材料替代，但是也要產(chǎn)生相同的效果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改造上，輕量化指的是基于對液壓支架的結(jié)構(gòu)、形狀、造型以及不同部位材料的合理使用方面的整改，最終的目的是降低材料使用成本，減少不合理構(gòu)造，增加液壓支架的密度，同時提高性價比。最后一個方面在于制作工藝的改進(jìn)，在此方面并無太大的程序要求和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具體內(nèi)容需要企業(yè)自身去挖掘、進(jìn)步，降低設(shè)備使用成本，創(chuàng)新技術(shù)建設(shè)。總而言之，我國國內(nèi)市場上對于液壓支架的類型設(shè)計(jì)上還處于比較單一的階段，相關(guān)專業(yè)的研發(fā)和技術(shù)設(shè)計(jì)條件較低，液壓支架的發(fā)展空間是巨大的;實(shí)現(xiàn)煤礦液壓支架輕量化的機(jī)械化設(shè)計(jì)目標(biāo)是未來主要的發(fā)展方向和技術(shù)創(chuàng)新與突破的要求。

3 總結(jié)

綜上所述，在進(jìn)行煤礦液壓支架的輕量化設(shè)計(jì)時，不僅要考慮到本身液壓支架的使用效果問題，而且要對于輕量化的有限范圍達(dá)到更好的改善結(jié)果。通過煤礦的液壓支架輕量化設(shè)計(jì)改進(jìn)，在優(yōu)化構(gòu)造的基礎(chǔ)上也降低了煤炭企業(yè)的生產(chǎn)成本和使用材料限制;除此之外也為我國液壓支架輕量化設(shè)計(jì)奠定了一定的理論基礎(chǔ)，創(chuàng)造出更大化的社會效益。

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作者簡介：鄧凱吉（1991-），男，河南林州人，?？?，助理工程師，主要從事煤礦機(jī)械工藝流程設(shè)計(jì)工作。