赵 锐
（煤炭科学研究总院 检测研究分院， 北京 100013）
摘 要： 介绍切顶支柱使用现状，在着重分析目前切顶支柱存在支撑力不足，受到顶板冲击容 易倾斜等问题的前提下，结合采煤工作面的实际工况。 针对存在的问题给出相应的解决措施,并分 析改进后的使用效果，对将来切顶支柱的设计提出展望。
关键词： 切顶支柱； 结构分析； 改进研究
0 引言
顶板事故在煤矿工作面时有发生， 究其原因， 是因为工作面切顶线的管理一直是顶板管理的薄 弱环节。 该环节严重制约了煤矿工作面产量的提 高，迫切需要一种支护设备解决该问题，因此切顶 支柱便诞生了。 切顶支柱是一种新型支护设备，用 于回采工作面顶板支护，它与单体支柱配合使用可 实现放顶、移溜、装煤及移架等工序的机械化作业， 并可取消摩擦支柱、密集支护等特种支护，简化了 支护工艺，从根本上解决了回柱放顶工序的安全问 题。 它能够及时切落新暴露出来的顶板，从而大大 减少了冒顶事故的发生，为煤矿安全生产创造了必 备条件
1 目前切顶支柱的结构形式
当前切顶支柱主要是采用传统的活塞式原理， 其基本结构如图 1。
图 1 液压切顶支柱简图 1. 柱帽 2. 支柱 3. 底座 4. 推移千斤顶 5. 液压系统
2 切顶支柱存在的缺点
探讨切顶支柱的使用性能，要把它放到实际的 应用中去分析。 很明显，切顶支柱是用来及时切落 新暴露出来的顶板， 防止顶板整体垮落而造成 事 故。 然而顶板的活动大多是不规则的，存在不规律 的冲击和振动，这对切顶支柱的支撑力和稳定性提 出了很高的要求，纵观上述分析，该切顶支柱存在 的缺陷如下：
（1）受到冲击的时候，在与采 面平行的方 向上 没有辅助支撑装置去平衡这个方向上的冲击力，所 以很容易使它倾斜甚至倒下，失去切顶的作用；
（2）单柱单独支撑并切顶，由 于单柱的支 撑力 是有限的，所以其切顶的能力不理想；
（3）顶盖的设计不合理，切顶效果不好。
3 对切顶支柱结构的改进
在结构上的改进主要是针对上述缺点进行的， 尤其是注重提高其支撑的稳定性，并适当地提高其 支撑力，改进顶盖的结构形式，以改善切顶效果。 改 进结构如图 2 所示。
图 2 切顶支柱的改进设计
1. 柱帽 2. 支柱 3. 辅助千斤顶（2 根）
4. 底座 4 改进分析
两侧的辅助千斤顶能够 适当地提高 立柱的支 撑力，更重要的是，它给立柱提供了很好的稳定性，它在一定程度上像个小型的液压支架。 原来的切顶 支柱在垂直于采面的方向上由于有推移千斤顶，把 它和输送机连接在一起，所以在这个方向上有很好 的稳定性，但在沿着采面的方向，立柱在受到顶板 冲击的时候，很容易发生倾斜，甚至发生倒柱的危 险，采用这样结构以后，能够有效地防止因冲击导 致立柱的倾斜。 另外顶盖的改进，使用一个相对窄 长的顶盖，上方圆弧型突起，能达到更好的切顶效 果。
5 切顶支柱设计展望
目前， 单体支柱已经发展 到第 3 代液压 单体 了，是将悬浮式技术应用到支柱上，实践表明，该结 构较以往活塞式单体结构具有更高的工作阻力、密 封性， 彻底解决单体支柱的内泄漏这一结构性 顽 疾。 因此，今后的切顶支柱也将考虑采用悬浮式结 构，将使支护性能进一步的改进。 6 结语 切顶支柱的使用大大地 提高了回柱 放顶的效 率， 可以把一个正常的循环作业需时量缩短一半。 所以，改善切顶支柱的结构形式，提高支撑效率，对 施工安全和缩短循环作业时间， 减少顶板事故，提 高采面单产有重要意义。 本人正在研究把悬浮式单 体支柱的原理技术应用到切顶支柱上的可行性，在 原理上改变当前切顶支柱的结构形式，进一步提高 切顶支柱的支撑效率。
参考文献：
［1］赵宏珠，李从新. 回采工作面切顶支柱［M］. 北京：煤炭工业出版 社，1992.
［2］王光平. 破碎顶板采面切顶排支护技术探讨［J］. 矿山压力与顶 板管理，2000（4）：15-16.
［3］贾广辉，孙强. 不稳定顶板工作面切顶排支护方式试验［J］. 煤炭 科学技术，2003（8）：34－36.
［4］仲军维，李广勇. 采煤工作面采用切顶墩柱改善顶板管理［J］. 煤 矿开采，2003（2）：73、81. 作者简介： 赵锐（1982－ ），江苏淮安人，2008 年 6 月毕业于中国 矿业大学研究生院，研究方向为矿山机械设计理论及应用，矿山支 护与辅助运输。 现从事矿山支护设备质量检测检验工作，助理工程 师，电子信箱：zhaorui_ccri@sohu.com
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乾坤矿山的便携式螺旋支柱介绍
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乾坤矿山的便携式螺旋支柱是一款矿井临时支护设备，是矿井适用的金属单体支柱。
便携式螺旋支柱由五部分组成：上承压板、上支柱、螺杆、下支柱、下承压板。
具有轻便、结构简单、价格实惠、可回收反复使用、可远距离拆除等特点。
上承压板：
尺寸：63型号的为175mm x 175mm;
48型号的为150mm x 150mm
上承压板主要用于增大支柱与顶板的接触面积，从而加大支柱承压重量。四个触角有利于加大支柱在支护时的抓取力度，防止滑动，确保支柱持久支护和稳固。
下承压板：
下承压板尺寸与上承压板尺寸相同：
63型号的为175mm x 175mm;
48型号的为150mm x 150mm
下承压板主要用于增大支柱与底板的接触面积，从而加大支柱承压重量。中心的回环有利于加大支柱下承压板与下支柱的契合，加大在支护时的抓取力度，防止滑动，确保支柱持久支护和稳固。
上支柱：
由无缝钢管制造而成，钢管壁厚4mm。支柱有63和48两种型号，63和48指的是钢管的直径，直径越大，支柱的承重能力越大；直径越小，支柱承压能力越小。
相对于下支柱，上支柱稍长。
下支柱：
由无缝钢管制造而成，钢管壁厚4mm。支柱有63和48两种型号，63和48指的是钢管的直径，直径越大，支柱的承重能力越大；直径越小，支柱承压能力越小。
相对于上支柱，下支柱稍短。
支柱常用的规格型号有：1.5米，1.8米，2.米，2.5米，3米，3.5米。
便携式螺旋支柱的含义：以1.5米为例，金属钢管直径有48和63两款，最高支撑高度为1.5米。该款支柱可支撑1-1.5米范围内的任意高度，其他以此类推。
钢管直径越大，支柱承重越大，可支撑高度越高；支柱高度越高，支柱承重越小。
螺杆：
支柱的螺杆由螺纹钢特制而成。
特制螺杆，尺寸为80厘米，安装在支柱上以后主要用来保证支护的升缩，一般升缩在50厘米之间。我们确认的型号为拉升后可支撑的高度，比喻63-3.5.就是这根支柱最高可支撑3.5米的高度，最低可支撑3米的高度，之间可以拧动螺杆拉升，可以支撑3-3.5米之间的任意高度。
在螺杆的中间有4个齿状设计，主要是方便员工使用时升缩方便。
乾坤矿山的这款便携式螺旋支柱，参数经过多次试验和客户使用数据验证的，正是因为这个原因，乾坤矿山的这款支柱不能超高度超承载能力使用，超高和超载使用将影响支柱的稳定性，甚至发生安全事故；也正因为这个原因，本着客户至以上，一切从客户的利益出发的原则，乾坤矿山不提供定制和特殊规格的制作。为此，很多客户不理解，指责我们不满足客户需求。
其实，这款支柱自从研发十年来，我们的客户遍布全国各地，得到了客户的一致好评，虽然我们拒绝过不少的客户，但十年来，我们从没有因为质量和使用问题接到客户投诉，是一款轻便、简单、实用、实惠的好产品。
便携式螺旋支柱适用范围：
1、所有采场风爆工、出渣工、支护工作业时；
2、顶板破碎、倒三角节理发育、岩石不稳固的掘进工程作业时；
3、巷道破碎进行永久支护前。
便携式螺旋支柱使用方法和要求：
1、作业人员经过通风 、洒水、处理完松石后方可进行螺旋支柱支护；对上盘不稳固的采场要用锚杆和螺旋支柱结合支护。
2、支护时首先要根据矿体倾角或岩石破碎情况选择好支柱使用地点，在支柱的上下端均垫加长度适宜的木板，沿进入作业面的方向向前逐根支护，调整支柱顶住顶底板，用套管将丝杠拧紧确认无误后，方可进行作业。对当场用两根撬棍也无法撬下、需动炮处理的松石，对顶板破碎及上下盘围岩滑帮比较明显的采场，对上部有采空区的地点，必须进行加密支护。
3、便携式螺旋支柱支护时必须根据作业面的采幅宽度和顶板压力来确定使用支柱的数量，每个矿房不少于15根螺旋支柱。2米以上采幅采用双排支柱支护，1.5米以下的采幅采用单排支护，但不论是单排还是双排支柱支护，顶部都必须加承压板、木板等护住顶板，以加大接触面积。
4、便携式螺旋支柱不能超高度超承载能力使用（具体要求见附表），超高和超载使用将影响支柱的稳定性，甚至发生安全事故。
5、作业过程中，作业人员要经常检查丝杠松紧和顶板变化情况，及时将支柱拧紧，确保作业安全。
6、风爆工装药结束后，要按顺序由前向后依次拆卸支柱并清点数量；拆卸支柱时要及时观察顶板变化情况，发现异常立即停止拆卸，迅速撤离。
7、出渣工和支护工作业完毕后，须对丝杠重新紧固确认无误方可离开作业现场。撤下来的支柱须将螺母调至最低点，将丝杠置于套管内进行防护。
便携式螺旋支柱使用规定
1、无论作业现场的岩石结构是否存在危险，出渣工、风爆工在进行采矿或掘进作业时必须使用、支护工在顺路支护时必须使用、使用时必须按照上述方法规范支护。
2、把螺旋支柱的使用作为作业现场安全确认的重要内容，带班长或跟班领导必须在确认卡上填写支柱使用情况。
3、螺旋支柱要作为工具进行管理，要及时涂油防锈。使用时必须轻拿轻放，不得随意乱扔。
4、支柱外表出现损伤（如开裂、压扁、明显弯曲等）不能继续使用。
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