第二章 液压支护设备
?§ 2— 1概述
支护设备的作用：
支护设备的发展：木支柱 → 金属摩擦支柱和铰接顶
梁 → 液压支护设备（单体液压支柱、滑移顶梁支架、
液压支架 ）
一, 液压支架的组成及工作原理
（ 一 ） 液压支架的组成
1,组成
2,各部分功用
重点理解液压支架的, 支,,, 护,,, 自移, 等功
能是怎样实现的 。
（二）液压支架的工作原理
液压支架的四个基本动作：升、降、推、移。
1、升架
2、推移运输机（推溜）
3、降架
4、移架
注意：在实际生产中，液压支架的四个基本动作的顺
序，应根据回采工艺的具体工序来确定。
（ 三 ） 液压支架立柱的工作阶段及工作特性曲线
1,液压支架立柱的工作阶段
（ 1） 初撑增阻阶段
初撑力：立柱
支架
（ 2） 承载增阻阶段
工作阻力：立柱
支架
（ 3） 承载恒阻阶段
（ 4） 降柱移架阶段
2,液压支架工作特性曲线 — 支架支撑力与时间的关
系
（ 1） 工作特性曲线 （ 图 2-3）
横坐标表示时间, 纵坐标表示支撑力
（ 2） 工作特性曲线的意义
增阻性, 恒阻性, 可缩性
二、液压支架的种类
大多数按液压支架与围岩的相互作用关系进行分类，
可分为：支撑式、掩护式和支撑掩护式。
1、支撑式液压支架
结构特点：
适用条件：
2,掩护式液压支架
结构特点：
适用条件：
3,支撑掩护式液压支架
结构特点：
适用条件：
三, 液压支架的基本参数
A
Fp?
1,初撑力 Fc
2,工作阻力 Fz
3,支护强度 q
式中 A— 支护面积, 其计算值为 （ 支架长度 +梁端距 ）
× （ 支架宽度 +架间距 ）
4,支架高度 H
（ 1） 最小高度 Hmin
egsmH ???? m inm in
)300~200(m a xm a x ?? mH
式中 Mmin—— 煤层最小开采厚度；
s—— 液压支架后排立柱处的下沉量；
g—— 浮煤, 浮矸厚度；
e—— 移架时液压支架的最小回缩量 。
（ 2） 最大高度 Hmax
（ 3） 调高比
5,平均接触比压
§ 2— 2液压支架的结构
液压支架一般由架体, 工作机构, 液控系统
及辅助装置四部分组成 。
一、架体
架体主要包括：顶梁、底座、掩护梁和连杆等金属构件。
（一）顶梁
顶梁是液压支架的主要承载部件之一，支架通过顶梁实现
支撑和管理顶板。
1、种类
一般可分为两大类：整体式顶梁和分段组合式顶梁。
（图 1-20）
2、结构
（ 二 ） 掩护梁
掩护梁是掩护式支架和支撑掩护式支架才安设 。 其主要
功能是隔离采空区, 阻止其冒落矸石进入工作面；同时
还承受采空区冒落矸石的载荷和老顶来压时的冲击载荷 。
当顶板不平整或支架倾斜时, 掩护梁还将受扭转载荷 。
1,种类
从侧面形状看
（ 1） 直线形
整体性好, 强度大 。 目前这种形式应用最为广泛 。
（ 2） 折线形
架下安全空间大, 但当支架歪斜时架间密封性差, 加
工工艺差 。 目前应用较少 。
2,结构
（ 三 ） 连杆
连杆是掩护式和支撑掩护式支架上的部件 。 它与掩护梁,
底座组成四连杆机构, 既可承受支架的水平力, 又可使
顶梁与掩护梁的铰接点在支架调高范围内做近似直线运
动, 使支架的梁端距基本保持不变, 从而提高了支架控
制顶板的可靠性 。
1,连杆对顶梁轨迹的影响
图 2-22
2,结构
（四）底座
底座是液压支架的又一主要承载部件，支架通过底座将顶
板的压力传至底板。支架还通过底座与推移机构相连，以
实现自身的前移和推移运输机。
1、刚性整体式
2、刚性分底式
二, 工作机构
工作机构包括立柱和千斤顶 。
1,立柱
（ 1） 单伸缩双作用立柱
（ 2） 单伸缩带机械加长杆立柱
（ 3） 双伸缩立柱
2,千斤顶
三、液控系统
液控系统包括操纵阀、控制阀（由液控单向阀和安
全阀组成）和辅助阀。
四、辅助装置
支架的辅助装置是指不直接承受顶板载荷，但又是
实现支架各种动作或功能所不可缺少的机构或组件。
（ 一 ） 推移装置
支架的推移装置是实现支架自身前移和输送机前
移的装置 。 一般由推移千斤顶, 推杆或框架等导向传力
杆件以及连接头等部件组成 。
1,无框架式推移装置
图 2-24
2,框架式推移装置
（ 1） 长框架式
图 2-25（ a）
（ 2） 短框架式
图 2-25（ b）
（二）侧护装置
侧护装置安装在掩护式和支撑掩护式支架的顶梁和
掩护梁的侧面。
1、作用
（ 1） 挡矸
（ 2） 导向
（ 3） 防倒, 调架
2,结构
图 2-28
（ 三 ） 导向装置
（ 四 ） 防倒防滑装置
图 2-26
（ 五 ） 护帮装置
图 2-29
§ 2— 3 单体液压支柱与滑移顶梁支架
一, 单体液压支柱
单体液压支柱具有体积小, 支护可靠,
使用和维护方便等优点 。 它既可与金属铰
接顶梁配套用于普通机械化采煤工作面支
护顶板和综合机械化采煤工作面支护端头,
也可作单独点柱或其它临时性支护 。
根据供液方式的不同, 单体液压支柱
可分为内注式和外注式 。 前者结构复杂,
质量大, 支撑升柱速度慢, 故使用不如后
者普遍 。
（ 一 ） DZ型外注式单体液压支柱的结构
图 2-37,它实际上是一个单作用液压缸 。
1、活柱及缸体
2、复位弹簧与缸口盖
复位弹簧的作用：
缸口盖的作用：
（ 1）作为一个盖子与缸体一起形成活塞杆工作腔；
（ 2）靠其内腔中的导向环，防尘圈构成活柱的伸、缩导
向装置和防尘装置；
（ 3）在其外表面做有一个环状手持圈构成支柱的手把。
3、三用阀
图 2-38，它包括单向阀、安全阀和卸载阀三个阀。
（ 二 ） 工作原理
1,初撑增阻阶段
2,承载增阻阶段
3,承载恒阻阶段
4,卸载降柱阶段
(三 ） 注液枪
（ 四 ） 铰接顶梁
二、滑移顶梁支架
滑移顶梁支架是一种介于单体液压支柱和液压
支架之间的一种液压支护设备。最初用它来代替单
体液压支柱和铰接顶梁，以减轻工人的劳动强度，
提高架设效率，减少支柱丢失。后来为了简化操作，
避免大量乳化液流失，将滑移支架的操作由注液枪
控制改为操纵阀集中控制。
（ 一 ） 滑移顶梁支架的类型及结构特点
1,单列滑移顶梁支架
其顶梁由前, 后两根梁或由前, 中, 后三根梁组成 。 前
后梁及中后梁之间均由弹簧钢板连接 。 前后梁的伸缩由
装在梁体内的移架千斤顶来实现 。 根据需要, 顶梁下面
的液压支柱为 1～ 3根, 其控制方式, 可用注液枪和卸载
手把, 也可用组合操纵阀集中控制 。
2,并列滑移顶梁支架
由两列平行顶梁和立柱组成 。 两个并列的顶梁之间有移
架机构, 可实现两个梁交替前移 。 根据需要, 每组顶梁
下面的立柱为 2～ 3根 。 主要用组合操纵阀控制 。 也可用
注液枪和卸载手把操纵 。
（二）滑移顶梁支架的结构与主要液压元件
1、架体结构
图 2-40，它主要由前顶梁、后顶梁、前梁立柱、后
梁立柱、后掩护支柱、弹簧钢板、水平推移千斤顶和防
护板等组成。
2,主要液压元件
立柱, 水平推移千斤顶, 三用阀, 缸口阀 （ 注意：
其中的卸载阀与三用阀中的卸载阀的差异 ）, 双向阀
（ 三 ） 移架原理
图 2-43
1,后柱支撑, 提前柱
2,后柱支撑, 移前梁
3,后柱支撑, 支撑前柱
4,前柱支撑, 提后柱
5,前柱支撑, 移后梁
6,前柱支撑, 支撑后柱
§ 2— 4 乳化液泵站
乳化液泵站是采煤工作面支护设备及推移
装置的动力源 。 主要由乳化液泵组 （ 一般由 2
台乳化液泵组成, 一台工作, 一台备用 ）, 乳
化液箱, 以及必要的控制, 保护, 监视等元件
及连接管路 。
一、泵站主要参数
1、泵站压力
泵站压力必须满足立柱初撑力和千斤顶最大推力要求。
若一种泵站压力不能同时兼顾两方面的要求时，应修改缸
径或采用两种供液压力。
所需的泵站压力 Pb′,
Pb′ ≥K 1?Pm
式中 Pm— 根据立柱初撑力或千斤顶推力算得的工作压力；
K1— 考虑从泵站到支架管路中压力损失系数, 一般 1.1～
1.2,支架管路长, 且弯曲处多, 应取最大值 。
2,泵站流量
液压支架液压支架的移置速度应大于采煤机的工作牵引速
度 。 一般按一架支架全部立柱和千斤顶同时动作来估算所
需泵站的流量 。
Qbˊ≥K 2（ Σ Qi） ·（ Vq/A） ·10-3（ l/min）
式中 Σ Qi— 一台支架全部立柱和千斤顶同时动作所需的
流量, cm3；
Vq— 采煤机的最大工作牵引速度 （ m/min） ；
A— 支架中心距 （ m） ；
K2— 考虑从泵站到支架管路泄漏损失系数, 一般为 1.1～
1.3。
根据 Pb′, Qbˊ 从乳化液泵产品目录中, 选择稍大的乳化
液泵 。
3,驱动乳化液泵的电动机功率 P
P= （ Pb·Qb） /η 泵
4,乳化液箱的有效容积
V=V1+V2+V3
（ 1） 乳化液泵三分钟的流量和箱底存液量 Q0
V1=3Qb+ Q0
（ 2） 停泵时管路回流流量
V2=（ π /2） dg2·lg
（ 3） 煤层厚度变化造成的液量差
V3=（ π /4） D2·△ H·n·Z
式中 D— 立柱缸径；
△ H— 工作面煤层厚度变化量；
n— 每架支架的立柱数；
Z— 同时动作的支架数 。
二, 乳化液泵
（ 一 ） 结构
图 2-44
结构特点：一是传动部分 （ 齿轮, 轴承等 ） 单独
隔开, 采用润滑油润滑；二是柱塞与缸孔之间采
用密封圈密封, 以减少泄漏 。
1,传动装置
注意：润滑方式 。
2,泵头
三、乳化液箱
（一）乳化液箱体
图 2-47
（ 二 ） 控制装置
1,卸载阀
作用：
结构：图 2-48
工作原理：
2,吸液过滤器及断路器
图 2-49
四、泵站液压系统
图 2-50
工作原理：
1、正常供液运行
2、卸载运行
3、安全保护
?§ 2— 1概述
支护设备的作用：
支护设备的发展：木支柱 → 金属摩擦支柱和铰接顶
梁 → 液压支护设备（单体液压支柱、滑移顶梁支架、
液压支架 ）
一, 液压支架的组成及工作原理
（ 一 ） 液压支架的组成
1,组成
2,各部分功用
重点理解液压支架的, 支,,, 护,,, 自移, 等功
能是怎样实现的 。
（二）液压支架的工作原理
液压支架的四个基本动作：升、降、推、移。
1、升架
2、推移运输机（推溜）
3、降架
4、移架
注意：在实际生产中，液压支架的四个基本动作的顺
序，应根据回采工艺的具体工序来确定。
（ 三 ） 液压支架立柱的工作阶段及工作特性曲线
1,液压支架立柱的工作阶段
（ 1） 初撑增阻阶段
初撑力：立柱
支架
（ 2） 承载增阻阶段
工作阻力：立柱
支架
（ 3） 承载恒阻阶段
（ 4） 降柱移架阶段
2,液压支架工作特性曲线 — 支架支撑力与时间的关
系
（ 1） 工作特性曲线 （ 图 2-3）
横坐标表示时间, 纵坐标表示支撑力
（ 2） 工作特性曲线的意义
增阻性, 恒阻性, 可缩性
二、液压支架的种类
大多数按液压支架与围岩的相互作用关系进行分类，
可分为：支撑式、掩护式和支撑掩护式。
1、支撑式液压支架
结构特点：
适用条件：
2,掩护式液压支架
结构特点：
适用条件：
3,支撑掩护式液压支架
结构特点：
适用条件：
三, 液压支架的基本参数
A
Fp?
1,初撑力 Fc
2,工作阻力 Fz
3,支护强度 q
式中 A— 支护面积, 其计算值为 （ 支架长度 +梁端距 ）
× （ 支架宽度 +架间距 ）
4,支架高度 H
（ 1） 最小高度 Hmin
egsmH ???? m inm in
)300~200(m a xm a x ?? mH
式中 Mmin—— 煤层最小开采厚度；
s—— 液压支架后排立柱处的下沉量；
g—— 浮煤, 浮矸厚度；
e—— 移架时液压支架的最小回缩量 。
（ 2） 最大高度 Hmax
（ 3） 调高比
5,平均接触比压
§ 2— 2液压支架的结构
液压支架一般由架体, 工作机构, 液控系统
及辅助装置四部分组成 。
一、架体
架体主要包括：顶梁、底座、掩护梁和连杆等金属构件。
（一）顶梁
顶梁是液压支架的主要承载部件之一，支架通过顶梁实现
支撑和管理顶板。
1、种类
一般可分为两大类：整体式顶梁和分段组合式顶梁。
（图 1-20）
2、结构
（ 二 ） 掩护梁
掩护梁是掩护式支架和支撑掩护式支架才安设 。 其主要
功能是隔离采空区, 阻止其冒落矸石进入工作面；同时
还承受采空区冒落矸石的载荷和老顶来压时的冲击载荷 。
当顶板不平整或支架倾斜时, 掩护梁还将受扭转载荷 。
1,种类
从侧面形状看
（ 1） 直线形
整体性好, 强度大 。 目前这种形式应用最为广泛 。
（ 2） 折线形
架下安全空间大, 但当支架歪斜时架间密封性差, 加
工工艺差 。 目前应用较少 。
2,结构
（ 三 ） 连杆
连杆是掩护式和支撑掩护式支架上的部件 。 它与掩护梁,
底座组成四连杆机构, 既可承受支架的水平力, 又可使
顶梁与掩护梁的铰接点在支架调高范围内做近似直线运
动, 使支架的梁端距基本保持不变, 从而提高了支架控
制顶板的可靠性 。
1,连杆对顶梁轨迹的影响
图 2-22
2,结构
（四）底座
底座是液压支架的又一主要承载部件，支架通过底座将顶
板的压力传至底板。支架还通过底座与推移机构相连，以
实现自身的前移和推移运输机。
1、刚性整体式
2、刚性分底式
二, 工作机构
工作机构包括立柱和千斤顶 。
1,立柱
（ 1） 单伸缩双作用立柱
（ 2） 单伸缩带机械加长杆立柱
（ 3） 双伸缩立柱
2,千斤顶
三、液控系统
液控系统包括操纵阀、控制阀（由液控单向阀和安
全阀组成）和辅助阀。
四、辅助装置
支架的辅助装置是指不直接承受顶板载荷，但又是
实现支架各种动作或功能所不可缺少的机构或组件。
（ 一 ） 推移装置
支架的推移装置是实现支架自身前移和输送机前
移的装置 。 一般由推移千斤顶, 推杆或框架等导向传力
杆件以及连接头等部件组成 。
1,无框架式推移装置
图 2-24
2,框架式推移装置
（ 1） 长框架式
图 2-25（ a）
（ 2） 短框架式
图 2-25（ b）
（二）侧护装置
侧护装置安装在掩护式和支撑掩护式支架的顶梁和
掩护梁的侧面。
1、作用
（ 1） 挡矸
（ 2） 导向
（ 3） 防倒, 调架
2,结构
图 2-28
（ 三 ） 导向装置
（ 四 ） 防倒防滑装置
图 2-26
（ 五 ） 护帮装置
图 2-29
§ 2— 3 单体液压支柱与滑移顶梁支架
一, 单体液压支柱
单体液压支柱具有体积小, 支护可靠,
使用和维护方便等优点 。 它既可与金属铰
接顶梁配套用于普通机械化采煤工作面支
护顶板和综合机械化采煤工作面支护端头,
也可作单独点柱或其它临时性支护 。
根据供液方式的不同, 单体液压支柱
可分为内注式和外注式 。 前者结构复杂,
质量大, 支撑升柱速度慢, 故使用不如后
者普遍 。
（ 一 ） DZ型外注式单体液压支柱的结构
图 2-37,它实际上是一个单作用液压缸 。
1、活柱及缸体
2、复位弹簧与缸口盖
复位弹簧的作用：
缸口盖的作用：
（ 1）作为一个盖子与缸体一起形成活塞杆工作腔；
（ 2）靠其内腔中的导向环，防尘圈构成活柱的伸、缩导
向装置和防尘装置；
（ 3）在其外表面做有一个环状手持圈构成支柱的手把。
3、三用阀
图 2-38，它包括单向阀、安全阀和卸载阀三个阀。
（ 二 ） 工作原理
1,初撑增阻阶段
2,承载增阻阶段
3,承载恒阻阶段
4,卸载降柱阶段
(三 ） 注液枪
（ 四 ） 铰接顶梁
二、滑移顶梁支架
滑移顶梁支架是一种介于单体液压支柱和液压
支架之间的一种液压支护设备。最初用它来代替单
体液压支柱和铰接顶梁，以减轻工人的劳动强度，
提高架设效率，减少支柱丢失。后来为了简化操作，
避免大量乳化液流失，将滑移支架的操作由注液枪
控制改为操纵阀集中控制。
（ 一 ） 滑移顶梁支架的类型及结构特点
1,单列滑移顶梁支架
其顶梁由前, 后两根梁或由前, 中, 后三根梁组成 。 前
后梁及中后梁之间均由弹簧钢板连接 。 前后梁的伸缩由
装在梁体内的移架千斤顶来实现 。 根据需要, 顶梁下面
的液压支柱为 1～ 3根, 其控制方式, 可用注液枪和卸载
手把, 也可用组合操纵阀集中控制 。
2,并列滑移顶梁支架
由两列平行顶梁和立柱组成 。 两个并列的顶梁之间有移
架机构, 可实现两个梁交替前移 。 根据需要, 每组顶梁
下面的立柱为 2～ 3根 。 主要用组合操纵阀控制 。 也可用
注液枪和卸载手把操纵 。
（二）滑移顶梁支架的结构与主要液压元件
1、架体结构
图 2-40，它主要由前顶梁、后顶梁、前梁立柱、后
梁立柱、后掩护支柱、弹簧钢板、水平推移千斤顶和防
护板等组成。
2,主要液压元件
立柱, 水平推移千斤顶, 三用阀, 缸口阀 （ 注意：
其中的卸载阀与三用阀中的卸载阀的差异 ）, 双向阀
（ 三 ） 移架原理
图 2-43
1,后柱支撑, 提前柱
2,后柱支撑, 移前梁
3,后柱支撑, 支撑前柱
4,前柱支撑, 提后柱
5,前柱支撑, 移后梁
6,前柱支撑, 支撑后柱
§ 2— 4 乳化液泵站
乳化液泵站是采煤工作面支护设备及推移
装置的动力源 。 主要由乳化液泵组 （ 一般由 2
台乳化液泵组成, 一台工作, 一台备用 ）, 乳
化液箱, 以及必要的控制, 保护, 监视等元件
及连接管路 。
一、泵站主要参数
1、泵站压力
泵站压力必须满足立柱初撑力和千斤顶最大推力要求。
若一种泵站压力不能同时兼顾两方面的要求时，应修改缸
径或采用两种供液压力。
所需的泵站压力 Pb′,
Pb′ ≥K 1?Pm
式中 Pm— 根据立柱初撑力或千斤顶推力算得的工作压力；
K1— 考虑从泵站到支架管路中压力损失系数, 一般 1.1～
1.2,支架管路长, 且弯曲处多, 应取最大值 。
2,泵站流量
液压支架液压支架的移置速度应大于采煤机的工作牵引速
度 。 一般按一架支架全部立柱和千斤顶同时动作来估算所
需泵站的流量 。
Qbˊ≥K 2（ Σ Qi） ·（ Vq/A） ·10-3（ l/min）
式中 Σ Qi— 一台支架全部立柱和千斤顶同时动作所需的
流量, cm3；
Vq— 采煤机的最大工作牵引速度 （ m/min） ；
A— 支架中心距 （ m） ；
K2— 考虑从泵站到支架管路泄漏损失系数, 一般为 1.1～
1.3。
根据 Pb′, Qbˊ 从乳化液泵产品目录中, 选择稍大的乳化
液泵 。
3,驱动乳化液泵的电动机功率 P
P= （ Pb·Qb） /η 泵
4,乳化液箱的有效容积
V=V1+V2+V3
（ 1） 乳化液泵三分钟的流量和箱底存液量 Q0
V1=3Qb+ Q0
（ 2） 停泵时管路回流流量
V2=（ π /2） dg2·lg
（ 3） 煤层厚度变化造成的液量差
V3=（ π /4） D2·△ H·n·Z
式中 D— 立柱缸径；
△ H— 工作面煤层厚度变化量；
n— 每架支架的立柱数；
Z— 同时动作的支架数 。
二, 乳化液泵
（ 一 ） 结构
图 2-44
结构特点：一是传动部分 （ 齿轮, 轴承等 ） 单独
隔开, 采用润滑油润滑；二是柱塞与缸孔之间采
用密封圈密封, 以减少泄漏 。
1,传动装置
注意：润滑方式 。
2,泵头
三、乳化液箱
（一）乳化液箱体
图 2-47
（ 二 ） 控制装置
1,卸载阀
作用：
结构：图 2-48
工作原理：
2,吸液过滤器及断路器
图 2-49
四、泵站液压系统
图 2-50
工作原理：
1、正常供液运行
2、卸载运行
3、安全保护
