目前我国单体液压支柱的分类发展状况

目前我国单体液压支柱分类及发展状况

单体液压支柱由油缸、活柱、阀等零部件组成，以专用油或高含水液压液（含乳化液）等为工作液，供矿山支护用的单根支柱。属于恒阻式支柱，具有不变的额定工作阻力，它和金属铰接顶梁配合使用，主要使用在煤矿回采工总面顶板支护、煤矿综采工作面端头支护和回采工总面巷道的前支护临时支护，可用于煤层倾角在35°以下的任何采煤工作面，支柱支护密度根据地质状况和采煤方式而定。由于煤层自身的赋存条件（如近水平煤层、斜煤层、急斜煤层、直倒立转煤层、“鸡窝”煤层等）和煤层赋存地质条件的复杂性（如在一块煤田中，有大落差的断层，而较小的断层更是层出不穷），在众多的煤矿井下支护产品中，单体液压支柱与铰接顶梁配合使用，具有投资少、受地质条件限制少、使用和维护简单方便且操作灵活等特点，是我国和东南亚等国家煤矿工作面的支护的主导设备，与综采液压支架等其他多种支护形式产品将长期并存发展。

单体支护设备经历了三次飞跃发展，分别是60年代研制使用的单体金属摩擦支柱（现已基本淘汰），70年代中期研制80年代推广的活塞式单体液压支柱，90年代末研制应用的DWX型柱塞悬浮式单体液压支柱，使单体支护设备及支护技术得到突破性发展。

一、 单体液压支柱的类型

单体液压支柱经过几十年的不断研究和创新，已研制发展了多种单体液压支柱（简称“支柱”）。

支柱按供液方式和工作液不同，分为外供液式（简称外注式）和内供液式（简称内注式）支柱。

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支柱按工作行程不同，分为单伸缩（单行程）支柱和双伸缩（双行程）支柱，在不注明行程特征时，为单伸缩支柱。

支柱按使用材料不同，分为普通钢质支柱、高钛合金支柱、铝合金支柱、不锈钢支柱等，在不注明材质特征时，为钢质支柱。

支柱根据结构形式可分为活塞式支柱和柱塞悬浮式支柱两大类。活塞式支柱按工作行程又分为单伸缩和双伸缩支柱。柱塞悬浮式支柱采用水介质，属于“环保型”支柱。目前国外还有一种新系列的SZK单体液压支柱，三用阀设臵在缸体外侧，缸体外焊接供液管使三用阀与缸体内腔连接。

支柱油缸内径有φ63mm、φ70mm、φ80mm、φ90mm、φ100mm、φ110mm、φ125mm，其中φ100mm缸径的支柱，在井下采用最多，φ63mm、φ70mm、φ125mm缸径的支柱，主要在特殊用途时使用。

支柱最大高度有0.63m、 0.8m、 1.0m、 1.2m、 1.4m、 1.6m、 1.8m、 2.0m、 2.24m、 2.5m、 2.8m、 3.15m、 3.5m。近年来又增加了3.8m、 4.0m、 4.5m三种规格。3.5米以上规格的支柱，原则上不可用作工作面支护，但可用于端头和超前支护。

近年来，活塞式支柱在不影响支柱性能的前提下，对零部件进行了改进，如内嵌柱头式支柱、柱头设集尘箱支柱、加防倒顶盖的支柱、防倒支柱、DW28-35型筒头密封改进型支柱、炮采支柱等。

支柱型号主要由“产品类型代号”、“第一特征代号”、“第二特征代号”和“主参数代号”表示，如按此划分仍不能区分产品时，允许增加“补充特征代号”和“修改序号”以示区别。支柱型号组成和排列方式如下：

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支柱型号组成和排列方式说明如下：

（1）“产品类型代号”表明产品类别，支柱用D表示； （2）“第一特征代号”表明支柱按供液方式和工作液不同的分类，内注式用N表示，外注式用W表示；“第二特征代号”表明支柱按行程不同的分类，双伸缩支柱用S表示，无字母代表单伸缩支柱；

（3）“主参数代号”依次用支柱的最大高度、额定工作阻力和油缸内径三个参数表明，三个参数均用阿拉伯数字表示，参数之间分别用“-”和“/”符号隔开，最大高度的单位为分米（dm）,额定工作阻力位KN，油缸内径单位mm；

（4）“补充特征代号”用于区分材质、结构等不同的产品，用汉语拼音字母表示，如Q表示轻合金；

（5）“修改序号”表明产品结构有重大修改时作识别之用，用带括号的大写英文字母（A）、（B）、（C）……依次表示。

如：DN18-250/80型支柱 最大高度1.8米，额定工作阻力250KN，油缸内径80mm 内注式单体液压支柱；

DW20-300/100型支柱 最大高度2.0米，额定工作阻力300KN，油缸内径100mm 外注式单体液压支柱；

DW28-300/110Q型支柱 最大高度2.8米，额定工作阻力300KN，油缸内径110mm 轻合金外注式单体液压支柱。

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二、 单体液压支柱制造（工艺）使用现状

目前单体液压支柱市场规范性较差，技术资料来源混杂，把握产品标准不同，出现多种品牌单体液压支柱，如：悬浮式、伸缩式、铝合金式、炮采式等，使得单体液压支柱产品质量难以保证，达不到使用服务年限。生产厂家众多，加工工艺存在较大差异，给煤矿选型、采购、使用、维修造成加大影响。同时，部分煤矿对单体液压支柱的性能缺乏了解，使用随意性很大，严重影响单体液压支柱使用效果，带来采煤成本的增加，以及煤矿安全生产的隐患。

支柱制造工艺技术

支柱制造必须符合《矿用单体液压支柱》标准MT112.1-2006要求，生产厂家一般生产活柱油缸部分、顶盖、底座、手把体、三用阀、柱头、加长段等零部件，其余弹簧、弹簧销、螺栓、O/Y型密封圈、导向环、防尘圈等密封件都是直接买标准件组装。通常的制造工艺技术要求如下（常规的单体支柱）：

1、原材料选择 主要是油缸、活柱、柱头和三用阀。油缸、活柱筒采用27SiMn热轧无缝钢管或冷拔管；柱头采用27SiMn热锻件或型材；三用阀左右阀堵采用标准45#钢，其他零件选材根据生产情况和相关要求而定。

2、热处理要求 单体液压支柱重要零部件都有热处理工艺要求，油缸、活柱筒、柱头、左右阀堵、活塞、手把体等零部件，应按标准进行调质工艺，达到规定强度和硬度要求，防止油缸、活柱体弯曲，柱头阀口变形。现在国内已有部分厂家采用自制的PLC中频自动加热校直淬火和中频自动保温回火热处理装臵，实现了热处理自动化，生产效率大大提高，质量得到有效保证。

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3、机械加工 机加工要严格控制零部件尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，制造精度必须达到规定等级要求。支柱小件采用普通机床加工或数控机床加工。油缸内孔采用粗镗或一次高速复合镗滚压工艺。柱头内孔采用车削、拉削、铰滚复合加工等工艺。活柱筒外圆表面加工工艺采用粗车→精车→磨削(采用冷拔管时可只进行抛磨工序)。由于支柱活柱筒壁薄且长，磨削时易产生振动，现已发展滚压替代磨削，采取粗车→精车→滚压加工滚压，加工性能、加工效率得到显著提高。

4、柱头焊接 支柱零部件采用的焊接方法有手工电弧焊、CO?气体保护自动焊、气体保护旋转焊等，其中旋转焊是焊接速度大幅提高，焊接质量也得到很好保证。

5、化学防腐处理 在制造单体液压支柱的过程中，为保证防腐性能，油缸、活柱体、三用阀等零部件表面需进行化学电镀处理。支柱常用镀层：a.油缸（内孔）和三用阀左右阀堵镀锡青铜（含锡量10%～18%）；b.活柱体镀层为复合镀层，底层镀锌磷化，MZ1复合镀层，属弹性镀层，防磕碰能力强，表面喷涂二硫化钼。支柱特殊镀层：锌镍合金镀层（与MZ1复合镀层相比，防锈能力强，成本较高）。新研制的DWX型悬浮式水介质支柱采用特殊的氮化和镍-磷表面处理工艺，使支柱具有防腐、耐磨、防炮崩的性能特点。活柱体也可采用“EDA”防腐工艺处理。油缸内孔还可采用镶不锈钢套来防腐，油缸外表面采取静电喷塑防腐处理或喷防锈漆处理。活塞、手把体、底座及复位弹簧采取发黑或发蓝处理。

6、支柱组装检测 组装主要牵涉到密封元件和性能检测设备。密封元件是单体液压支柱工作是否可靠的关键零件，对顶板支撑的可

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靠性取决于密封元件的工作性能。活塞式外注式支柱常用密封元件名称及材料如下表：

支柱实验设备主要用于支柱性能检测和支柱维修，支柱性能试验台有支柱整柱试验台、三用阀试验台、阀柱联合试验台，并结合相关数显技术，使检测数据更加直观准确。支柱试压机有立式和卧式两种类型，在试压机上支柱性能实验加载方式有内加载方式和外加载方式。对支柱密封质量的检测有弹簧管式压力表显示仪，及支柱密封检测仪和保压性能检测仪，主要检验是否漏液和保压状况。

支柱工作介质

内注式支柱所使用的工作液为专用的5#液压油，活塞式外注式支柱工作介质通常采用含1%～2%M-10或MDT乳化油的乳化液，柱塞悬浮式支柱采用特使的氮化和镍-磷表面处理工艺，支柱防腐能力增强，工作介质使用的是煤矿井下的中性水。

早期支柱使用传动介质以普通液压油为主，后逐渐被价格低廉的乳化液取代。乳化液由水和乳化油配臵而成，目前国内煤矿生产中使用的乳化油型号主要为M-10、MDT以及专用于单体支柱的DYZ。随着活塞式外注式单体支柱大量应用于井下，作为工作介质的乳化液，据不完全统计，全国各煤矿每年约有8000t乳化油排入地下，对矿山周围的水源水质和生态环境造成及其严重的污染。

用水作为工作介质，具有无污染、成本低、来源广及刚度大、导

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热系数高等优点，在90年代末开始研制，由中国矿业大学研制成功柱塞悬浮式单体液压支柱，使用水作为工作介质，已投入井下广泛使用。

支柱维修

支柱的维修是煤矿重复使用单体支柱、降低生产成本的关键。维修设备品种繁多，如缸柱水射流清洗机、弹簧清洗机、支柱校直机、液压缸修复器、拆柱机和性能试验台等，以便于支柱在现场维修。

使用量较大的活塞式外注式支柱，在井下使用后，其损坏的关键部位有活柱外圆表面、三用阀内孔及缸体内腔损坏、锈蚀等。这些部位是修复的主要关注点，目前国内单体支柱使用单位在生产实际中总结出许多修复工艺方法，如电刷镀、热喷涂、油缸镶不锈钢套（或镶铝基合金内衬）、电弧喷涂法修复单体活柱以及用F型膨胀式密封圈修复废旧支柱等。

支柱活柱外圆柱表面修复。支柱在工作时活柱体伸出油缸1/2～1/3，表面暴露，容易腐蚀、磕碰、弯曲，活柱体伸出和回缩时将煤粉和杂质带入油缸内，严重影响活塞Y型密封圈。其修复工艺流程为：拆柱→筛选（检查阀孔）→校直（弯曲的）→磨外圆→除油锈→镀铁→镀铬→磨外圆（Ra=1.6）→质检→装配。

支柱三用阀阀孔的修复。由于拆卸三用阀、使用时间超期等原因，会造成三用阀孔锈蚀严重，密封失效，修复工艺流程：拆柱→筛选→砂光→检测→酸洗→镀铜→砂光→装配。

支柱缸体综合修复。产生缺陷的主要形式有：1）缸体内壁因腐蚀而形成锈蚀斑坑；2）缸体内壁沿轴线方向出现划痕；3）缸体内孔椭圆；4）缸体变形；5）缸体内壁有凹凸部分；6）镀层脱落。损坏

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形式往往交叉同时出现，实际修复采用综合修复的方法。缸体镶不锈钢套修复工艺流程：拆柱→筛选→车（按规定长度，切掉油缸两端磨损部分）→平两端面内外倒角→粗镗油缸内孔→镶不锈钢套→滚压→挤内孔平端面车卡挡→车密封槽→铣槽→质检→装配。缸体电镀法修复工艺流程：热校直→缩缸→车定位基准→镗滚压→车→电镀→质检→装配。

三、 单体液压支柱的发展趋势

单体液压支柱经过一系列的发展，进一步的发展主要有以下几个方面：

1、支柱结构 推广使用水介质支柱，减少污染，研制轻型、承载能力大的支柱；

2、性能检测技术 研究先进便捷的智能密封检测装臵，制定统一的检测仪标准；

3、密封材料 解决聚氨酯密封件在水中易水解的问题，以及当温度升高时性能显著下降的问题，设计耐高压、抗撕裂的新型密封件；

4、镀层 寻求和采用与基体不发生化学反应的有机复合材料。该材料涂层应具有高强度、防腐耐磨、易加工和无污染的特点，与金属表面有良好的结合能力，可加工性能好，摩擦系数小；

5、油缸内孔加工 不断研究先进适用的镗滚压刀具，提高滚压表面质量，增加镗滚压刀具的使用寿命。

6、支柱井下监控 研究并采用支柱井下智能跟踪管理系统。 四、 安徽淮北淮海集团现有支柱生产类型

目前安徽淮北淮海集团有安徽矿业机电装备公司和秋艳宏武液压

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公司两家单位生产，生产的单体液压支柱类型主要有：DW/DZ型普通单体液压支柱、DWS型双伸缩单体液压支柱和DWX型悬浮式单体液压支柱。

1、DW/DZ型普通矿用单体液压支柱

DW/DZ型外注式单体液压支柱与DJB或DBF金属顶梁配合使用，供煤矿一般机械化采煤工作面支护顶板用，以及综合机械化采煤工作面端头支护或临时支护，适用于煤层倾角小于25°的缓倾斜回采工作面。采取一定的安全措施，也可用于倾角25～35°的回采工作面。工作介质采用含M10乳化油2%的乳化液，目前在淮北矿业集团内部得到广泛使用。

支柱由顶盖、三用阀、活柱体、复位弹簧、手把提、油缸、活塞、底座体等主要零部件组成，如下图所示：

DW型单体液压支柱结构图

DW型单体液压支柱规格型号有DW06、DW08、DW10、DW12、DW14、DW16、DW18、DW20、DW22、DW25、DW28、DW31.5、DW35，额定工作阻力300、250、200（KN），额定工作压力38.2、31.8、25.5（MPa），行程150～800（mm），重量25.1～93.34Kg(无液)，初撑力

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118～158（KN），泵站压力15～20（MPa），工作液 含M10乳化油或MDT乳化油1%--2%的乳化液。

2、DWS型双伸缩单体液压支柱

DWS型系列单体液压支柱液压行程大、支护范围广。每种规格支柱，都可替代多种规格的DW/DZ型支柱。在煤层赋存复杂、断层多、煤层厚薄变化大的采煤工作面使用，回采过程中就不需要根据煤层的厚薄变化而频繁的更换不同高度的支柱，不仅省下了待换用支柱运进工作面替下拆出的支柱运出工作面所耗费的时间及人力、物力和财力，还大大的降低了地面库房备用多种高度规格支柱的占用资金和库储等。

生产型号主要有：DWS18-250/110/90、DWS25-250/110/90、DWS35-180/110/90H、DWS45-150/110/90(L)H。一级工作缸采用浮动柱塞式工作原理，减小了中缸的轴向受力，提高了中缸的稳定性和安全性。二级工作缸采用固定活塞式结构，增大了二级缸的承载面积，浮动柱塞式与固定活塞式混合使用，使承载力分配合理，解决大支高大行程支柱注液高度问题。支柱在一级工作缸外导向套上注液，活柱体上无工艺难保证的圆周焊缝，避免了因焊缝漏液或断裂损坏而造成支柱密封性能失效的事故隐患。

φ110缸径系列双伸缩单体液压支柱的规格及主要技术参数如下表所示：

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3、悬浮式单体液压支柱

DWX型柱塞悬浮式单体液压支柱是中国矿业大学研制的一种新一代工作面单体支护产品，是高档机械化普采工作面的配套设备，也是综采工作面的端头支护设备。其适用于煤矿回采工作面的顶板支护，综采工作面的端头顶板支护，巷道掘进的超前支护。由于其承载能力大，抗偏载能力强，工作行程大，使用范围广，因而其可应用于薄煤层，中厚煤层及厚煤层工作面，主要有以下优异性能：

(1)具有较强的抗偏载能力和较大的稳定性。DWX型支柱采用柱塞悬浮式技术原理，使液压悬浮力直接通过支柱活柱的内腔作用在顶盖上，使液压悬浮力分担了支柱工作阻力的五分之四左右，使活柱在轴向上的受力仅为工作阻力的五分之一，提高了支柱的稳定性和安全性，也大大提高了支柱的支撑高度和承载能力；而目前正在使用的国内外支柱产品均采用的是活塞式技术原理，不能充分利用液压的悬浮力来分担立柱的工作阻力，使立柱承受了工作阻力的全部，从而造成

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立柱常常被压弯，使支柱损坏，导致冒顶事故发生。

(2)可靠性高。DWX型支柱在立柱上不再设有工艺难以保证的圆弧焊缝，也提高了立柱的强度和可靠性，避免了因焊缝断裂而造成的冒顶等事故隐患，保证了工作人员的安全。而国内外现用支柱的各支柱系列均是在立柱上焊接有装三用阀的柱头，使立柱的强度大打折扣。

(3)重量轻。根据支柱规格不同， 整柱重量比国内外现用支柱减轻1 5～30％以上，但其工作阻力、工作行程及稳定性安全系数又高于铝合金支柱。

(4)工作行程大。使用范围广 DWX型支柱的工作行程大，扩大了使用范围，也可以减少支柱的规格品种，特别是顶板下沉较大的工作面．DWX型支柱仍能满足大的恒增阻降距，不仅回柱方便，而且提高了支柱的回收率，减少了支柱消耗，降低了生产成本。其每个规格可替代DZ型系列支柱的1～5个规格，减少了支柱的规格品种，也给支柱管理带来方便。降低了煤矿对支柱设备的资金投入和管理成本。

(5)强度大。稳定性高 目前国内外支柱， 因存在内泄漏而造成支柱虚顶，甚至造成支柱自动倒下而伤人的事故隐患。而DWX型支柱的所有密封点均为外设，可用肉眼直观检查，一旦支柱泄漏，可随时注液或更换支柱，保证了采煤工作面顶板支护的安全性和可靠性。DWX型支柱无柱头无活塞无圆弧焊缝，使支柱结构工艺简化，安全性提高。其活柱和油缸均为整体结构，强度大，稳定性好。

(6)使用方便。目前国内外单体液压支柱均是把装三用阀的柱头焊接在活柱上的，当活柱升高时，操作人员必须随其上升，特别是对于较高的工作面，操作人员很不方便也不安全；而DWX型系列支柱三用阀设于手把体上，当注液时，三用阀不会随活柱的升高而升高，操

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作方便，安全可靠。

(7)维修和维护费用低。DWX型支柱的各密封点，均采用了专利密封补偿和密封胀紧技术原理。在密封有磨损的情况下板来压的情况下，可保持密封胀紧状态，减少了密封的更换率，降低了维修和维护费用。

(8)使用中性水。运行成本低 DWx型支柱采用先进的技术进行特殊表面处理工艺，使支柱具有防腐、耐磨和防泡崩的特点，工作介质使用煤矿的井下中性水，保证了工作环境和地下水不受污染，也保证了矿区饮用水的质量，更保证了矿区生活人群的健康，是一种理想的采煤工作面支护的环保型产品。

φ100缸径系列悬浮式单体液压支柱的规格及主要技术参数如下表所示：

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