低位放顶煤液压支架设计

河南理工大学万方科技学院毕业设计1 绪论1.1 放顶煤支架架型的发展与演变放顶煤支架是随着放顶煤开采方法应用而生的，综合机械化开采应用到放顶煤开采工作面后，使放顶煤开采技术进入了一个新的发展阶段。由于工作面由液压支架实现可靠、快速的支护，采用采煤机或刨煤机采煤，放顶煤作业在安全可靠的工作条件下进行，从而使工作面产量有明显提高。近年来，综采放顶煤技术在我国得到了迅速的发展和广泛的普及，综采放顶煤正成为一种高产高效的采煤方法。1957年，前苏联研制出KTY型单输送机掩护式放顶煤液压支架，并在库兹巴斯煤田的托姆乌辛斯克矿使用，开采该矿的2号和45号煤层。煤厚为912m，煤层倾角518，该放顶煤工作面为预先开采顶层煤铺设人工假顶，然后再采底煤。1963年，法国研制出用于放顶煤开采的支撑掩护式放顶煤液压支架，并且于1964年在布朗齐矿区试验成功。该支架为四柱式，尾梁呈“香蕉”型，其摆动角度由千斤顶控制，配有两台输送机，第二台输送机安置于尾梁后部的底板上。放落的煤由第二台输送机运输，结构如图1.1。图1.1“香蕉”型放顶煤液压支架自70年代开始，法国、前西德、英国等国家陆续成功研制成功了“开天窗”的支撑掩护式或带插板的支撑式放顶煤液压支架。英国研制的“开天窗”式放顶煤液压支架在掩护梁上开了放顶煤“天窗”，由液压千斤顶控制开关，“天窗”附近设有搅动杆，以便于冒落顶煤，掩护梁上还有钻眼孔，供煤硬不落时打眼放炮。第二台输送机安置在支架后部底座上，结构如图1.2。图1.2“开天窗”式放顶煤液压支架法国针对“香蕉”尾梁式放顶煤液压支架存在的问题，先后研制成功MB1728S、FB2130S型放顶煤液压支架。MB1728S放顶煤液压支架为四柱掩护式，掩护梁通过液压千斤顶控制进行伸缩，便于顶煤冒落装煤。第二台输送机放置在底板上，结构如图1.3 。FB2130S型放顶煤液压支架为四柱支撑掩护式，掩护梁上设有落煤窗口，由液压千斤顶控制其开关，落煤窗口内装有一个用于控制的搅动杆，有助于破碎大块煤，并有助于顶煤冒落操作。掩护梁上还有圆孔，用以通过此孔将管子伸向采空区，以便输送氮或泡沫。掩护梁无四连杆机构，而直接与支架底座的尾端相铰接。在顶梁、掩护梁的侧护板及落煤口处装有若干喷嘴，以便喷水除尘。第二台输送机放置在支架后部底座上，结构如图1.4。图1.3 MB1728S放顶煤液压支架图1.4 FB2130S型放顶煤液压支架MB1728S和FB2130S型放顶煤液压支架分别代表了插板式和“开天窗”式放顶煤液压支架的结构特点。这两类支架都配有双输送机运煤，滚筒采煤机采煤，然后由掩护梁上的窗口或插板放出顶煤。这两类支架的主要区别是：插板式放顶煤液压支架重量较轻，后部空间大，易于排放大块煤，而且输送机置于煤层底板上，便于维修。“天窗”式放顶煤液压支架重量较大，支架整体稳定性好，放顶煤输送机置于支架底座之上，便于推移和放顶煤。80年代初期，匈牙利研制成功单输送机前开“天窗”式放顶煤掩护式支架，其结构如图1.5。机采煤炭与放落煤炭均采用单输送机运输，在实际应用中取得了良好效果。图1.5 匈牙利VHP-732型“天窗”式放顶煤液压支架1982年，煤炭科学研究总院北京开采研究所与沈阳煤炭研究所共同设计，郑州煤矿机械厂制造的FY400-14/28型放顶煤液压支架是我国首次研制成的放顶煤液压支架。1984年在沈阳矿务局蒲河矿投入试验，开始取得了较好的效果，后来因支架的稳定性差，工作面发火中止了试验。虽然没有取得预期的效果，但人们看到了这种新型支架的前景，从此拉开了设计、研制放顶煤液压支架的序幕。经过我国煤炭科技工作者的努力，研制成功了数十种放顶煤液压支架。兖州矿务局东滩煤矿使用国产放顶煤液压支架创造了年产410万t的高产高效记录，这标志着我国放顶煤液压支架的设计、制造走在了世界前列。我国放顶煤液压支架发展从低位放顶煤液压支架的研制开始，经历了高位、中位，现在又回到低位。最初的放顶煤支架采用的是低位放煤，代表架型是FY400-14/28型放顶煤液压支架，结构如图1.6。1987年平顶山矿务局引进了匈牙利VHP-732型放顶煤支架，该支架在缓倾斜工作面试验，最高月产达5.5万t，获得了成功。随即我国研制成了高位放顶煤液压支架，结构如图1.7。由于其放煤口高、放煤口小、存在顶煤损失大、放煤与采煤机割煤不能平行作业、效率低等缺点，已基本淘汰。图1.6 FY400-14/28型放顶煤液压支架图1.7 高位放顶煤液压支架80年代末90年代初，我国研制出中位放顶煤液压支架，结构如图1.8。这种支架比单输送机高位放顶煤液压支架有所改进，有两部输送机，放煤与割煤可以平行作业，提高了效率，放煤口比高位放顶煤支架有所降低。随着放顶煤实践的深入，中位放顶煤支架也暴露出一些突出缺点，主要是放煤口仍然较小，受结构限制，放煤口不能连续，有背脊损失，采出率低，后部空间狭小，维修和清理浮煤不方便，底座前端比压大等。针对中位放顶煤液压支架存在的问题，我国又研制出低位放顶煤液压支架，其结构如图1.9。早期的低位放顶煤液压支架是由铺网液压支架演变而来，其基本结构和铺网支架类似，只是尾梁上加上了插板，用于放煤，低位放顶煤液压支架是目前使用效果较好的架型。北京开采所在研究各种支架特点和使用经验基础上研制出一种反向四连杆低位放顶煤液压支架，其结构更加合理，用途更加广泛。图1.8 中位放顶煤液压支架图1.9 低位小插板放顶煤液压支架1.2 放顶煤液压支架的特点及适应性分析1.2.1 放顶煤液压支架的分类 按与液压支架配套的输送机的台数，放顶煤液压支架可分类如下： 插底式 单输送机 不插底式 放顶煤液压支架 单铰接式 开天窗式 双输送机 四连杆式 前四连杆式 插板式 后四连杆式按放煤口位置，放顶煤液压支架可分类如下： 高位（单输送机开天窗式） 放顶煤液压支架 中位（双输送机开天窗式） 低位（双输送机插板式）本文重点介绍低位放顶煤液压支架的特点及适应性。1.2.2 放顶煤液压支架的安全性及适应性要求采用放顶煤综采的4个重要条件是：地质条件适应性，液压支架选型的正确性，采放工艺的合理性和工作面管理的严格性。其中前两个条件是基础，后者是保证。显而易见，要采用放顶煤综采，其中重要的一项工作是正确选择放顶煤液压支架的架型。现阶段我国已在急倾斜特厚煤层、缓倾斜中硬厚煤层（f3.5）、“三软”厚煤层、倾斜厚煤层（倾角2035）有了一些放顶煤综采成功的实例，对于合理选择放顶煤液压支架提供了宝贵经验。1. 对缓倾斜中硬煤层放顶煤液压支架安全性和适应性的要求缓倾斜条件下的放顶煤工作面约占综放工作面总数的70以上，而且地质条件差别大，所以架型选择余地大。选型时一般根据以下原则： （1）必须保证放煤效果。能否把煤放下、放好，是缓倾斜中硬厚煤层开采最突出的问题，也是放顶煤液压支架选型的关键。保证放煤效果，首先是选择放煤的形式，低位放顶煤支架的放煤口是连续的，而且放煤口面积大，有利于大块煤放出，无脊背损失，适用于缓倾斜综放工作面。 （2）保证放落煤的运输空间。双输送机放顶煤液压支架要有足够的后部运输空间，这对缓倾斜中硬煤层长壁放顶煤尤为重要。放煤过程中难免出现大块煤和矸石，如果处理的不好，可能堵塞运输通道，损坏设备。同时，空间太小，也影响设备维修，人员通行和安全。2对倾斜厚煤层放顶煤液压支架安全性和适应性的要求（1）倾斜厚煤层放顶煤液压支架的技术关键在于提高其稳定和抗扭性能，提高掩护梁的抗扭能力，保证在大倾角下支架能正常工作。（2）支架各部的密闭性要好，尤其是顶梁端部，防止漏煤、冒顶，切实保证顶梁的接顶性，避免倒架。（3）加大支架初撑力，有利于防止顶煤和上覆岩层过早离层，从而防止顶煤垮落切顶线前移，提高支架的支护性能。（4）提高支架防倒、防滑性能。3对“三软”厚煤层放顶煤液压支架安全性和适应性的要求（1）在缓倾斜“三软”条件下，因为顶梁上方是已破碎的顶煤，断裂线前倾已深入到煤壁上方，顶梁太短，冒空区可能达到煤壁附近的上方。因此，高位放顶煤支架不适于“三软”煤层的放顶煤开采，低位放顶煤支架式较理想的架型。（2）为了防止架前冒顶，要求顶梁（或前梁）端部承载能力大，并且要把支架控顶的全长范围最大限度的严密封闭起来，有效控制漏顶。除了顶梁外，应注意掩护梁和尾梁的密封性能。（3）在保证对底板合理比压的前提下，适当加大初撑力，有利于端面顶煤的维护。4对急倾斜特厚煤层放顶煤液压支架安全性和适应性的要求 急倾斜特厚煤层放顶煤综采工艺，是指煤层倾角大于45、煤层厚度大于20m的条件下，把煤层沿水平分成612m的分段，使用以液压支架为主体的综采设备开采的放顶煤采煤法。由于急倾斜特厚煤层矿压小、工作面短，因此，选择的支架应具有工作阻力小、体积小、重量轻、推进速度快等优点。低位放顶煤液压支架比较适合急倾斜特厚煤层综放工作面。1.2.3 低位放顶煤液压支架的特点及适应性分析1.低位放顶煤液压支架的特点低位放顶煤支架是一种双输送机运煤，在掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁、低位放煤的支撑掩护式支架。这类支架有一个可以上下摆动的尾梁（摆动幅度在45左右）用以松动顶煤，并维持一个落煤空间。尾梁中间有一个液压控制的放煤插板，用以放煤和破碎大块顶煤，具有连续的放煤口。其主要特点如下：(1)由于具有连续的放煤口，放煤效果好，没有脊背煤损失，回收率高；(2)和其他支架相比，从煤壁到放煤口的距离最长，经过顶梁的反复支撑和在掩护梁上方的垮落，使顶煤破碎较为充分，对放煤极为有利；(3)后输送机沿底板布置，浮煤容易排出，移架轻快，同时尾梁插板可以切断大块煤，使放煤口不易堵塞；(4)低位放煤使煤尘减少；(5)前四连杆低位放顶煤液压支架的抗扭及抗偏载能力差，支架的稳定性较差；(6)尾梁摆动力和向上的摆角较小，破煤和松动顶煤的能力差。这类支架的原始形式是前四连杆式，在矿压较小的急斜水平分段开采时比较适应，为使这种支架在缓斜长壁工作面发挥其优势，几年来作了如下的探索：(1)把四连杆的上连接位置由顶梁上改在掩护梁上，使支架底部和上部的连接位置更接近扭转力矩的作用点，增加了支架强度，减少了支架的损坏，形成了目前在缓斜工作面大量使用的后四连杆式低位放顶煤液压支架；(2)大幅度加强前四连杆本身以及它与顶梁、底座的联接强度，这种作法增加了支架的重量，有的重达20t以上，但设计时容易实现加大后部运输空间和增加破煤能力；(3)增大后部空间和尾梁向上摆动的力，使其在较硬煤层中使用时也可让顶煤顺利放落和运出，如ZFPS5200/17/32型支架尾梁端部向上摆动力可达到500kN，使用效果良好；(4)后四连杆前连杆设计为Y型，后连杆设计为I型，增大了支架的前、后人行道的宽度并加大了后部的人员工作与维护空间；(5)把后输送机千斤顶耳座与底座的联接改为活联接，改善了运输状况。在后输送机与千斤顶之间增加了结构件推杆，以避免后输送机与千斤顶活塞杆弯曲并防止输送机和支架下滑。前四连杆式支架和后四连杆式支架相比，前四连杆式支架稳定性及抗扭性较差，但其后部空间较大，且重量也轻。2.低位放顶煤液压支架的适应性前四连杆式支架在急斜水平分段放顶煤综采中取得成功，如对四连杆及有关联接件再进一步增加强度，成为定型设备，可以不考虑在急斜条件下使用后四连杆式支架。缓斜中硬难放煤层在选型时考虑到低位放顶煤液压支架的强度低，又无成功的实例，往往选用中位放顶煤液压支架，但受到放煤口的限制，实际上也未能很好解决其放煤问题。仔细研究各类放煤支架，就会发现，只有前四连杆式支架具备大幅度摆动掩护梁破煤的条件。有的低位放顶煤液压支架采取强化四连杆及联接销轴，把摆动掩护梁的千斤顶一端布置在底座上，而不是布置在顶梁上，尽管这种架型尚无满意的效果，但这种探索无疑是很有意义的。后四连杆式支架在煤层硬度系数f2左右，层节理比较发育的缓斜厚煤层中使用取得很大成功，如在潞安矿务局五阳煤矿、王庄煤矿和兖州矿务局兴隆庄煤矿、鲍店煤矿。这种架型与设计先进的过渡支架配合使用，创出了新水平，被广泛推广使用。如石炭井矿务局乌兰矿将这种支架与过渡支架、端头支架配套使用，在倾角为24的工作面上取得了成功。由此表明了后四连杆式放顶煤液压支架在缓斜中硬煤层和倾斜厚煤层中均有良好的适应性和使用前景。二、液压支架的结构设计2.1 液压支架的选型2.1.1 液压支架结构类型的优选根据以往液压支架设计的经验总结，考虑到不同架型和机构的支架围岩力学相互作用、支撑力矩、底板比压等特点，可以对掩护式与支撑掩护式结构进行比较。（1）液压支架的力学特征综述（见表2-1）表21不同结构液压支架的力学特征比较支架型式结构特征主要力学特性掩护式支掩式二支柱掩护式支架承载力较小，底板比压均匀，主动水平力较大支顶式二柱支顶掩护式支架承载力大，稳定性好，底座尖端比压较大，对顶板的主动水平力较大，前端支撑力大支撑掩护式支顶支掩四柱（或三柱）稳定性好，抗水平力强，比压均匀，但支柱能力利用率低支顶式四柱X型顶梁合力调节范围大，伸缩比大，承载力高四柱支撑掩护式承载力大，切顶能力强，比压较均匀 （2）支架选型要素及简要评价液压支架结构选型必须考虑的要素及对各类型支架的评价（见表22）。表22支架类型评价（见下页）要素支架类型支撑掩护式支撑式插底掩护式一般掩护式垛式节式支架围岩适应性直接顶冒落倾向优良良差差基本顶周期来压差良优优良底板压入倾向良差优优优防煤壁片帮优良优差差通风断面差良良差差顶梁前端支撑力优良良差差顶梁后段切顶性差良优优优对顶板遮盖率优优优差差隔绝采空区能力优优优差差横向稳定性良优优差差对采高适应性良优优差差支撑效率差良优优优支护强度良良优优优对倾角适应性良优良良差2.1.2 液压支架的架形选择原则 在选择液压支架时既要保证对工作面顶板实现可靠的支撑，又要避免过大的设备投资，导致不必要的浪费。因此，液压支架的正确选型对于工作面经济效益关系重大。液压支架架形的选择，主要取决于液压支架的力学性能是否适用矿井的顶底板条件和其它地质条件。在同时允许选用几种架形时，应优先选用价格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次为掩护式。支承式支架适合于稳定顶板。掩护式支架适合于中等稳定和一般破碎的顶板。支承掩护式支架适合于周期来压强烈，中等稳定和稳定顶板。在综采工作面支架选型时，还应注意下述四点原则：(1) 对于不稳定和中等稳定顶板，应优先选用二柱掩护式支架。但在底板极松软条件下，必须严格验算并限制支架底座尖端比压，不得超过底板容许比压即极限载荷强度。在此条件下，通常应避免使用重型支架。 (2) 对于非常稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十分强烈的顶板，应优先考虑选取四柱支撑掩护式支架。(3) 众所周知，三点决定一个平面，由于顶板不平，四柱式支架中总有一根支柱对顶板的实际支撑力很低，因而二柱式掩护支架支撑能力利用率高于四柱式。即二柱式支架对顶板的实际支撑力高于同样名义额定阻力的四柱式支架，特别是对机道上方顶板的支护强度。（4）在不稳定顶板条件下使用四柱式支架应注意对机道上方的顶板控制，包括增加前任阻力及可伸缩前梁等。2.1.3影响架形选择的因素液压支架的选型受到矿井的煤层、地质、技术和设备条件的限制，因此，以上因素都会影响到支架的选型。液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。一般情况下可根据顶板的级别，由表3-1-5 见综采技术手册（上册）中直接选出架型。（1）煤层厚度 当煤层厚度超过1.5m，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不用支承式支架。 当煤层厚度达到2.5m2.8m以上时，需选择带有护帮装置的掩护式或支承掩护式支架。 煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩护式，带有机械加长杆或双伸缩立柱的支架。 假顶分层开采，应选用掩护式支架。（2）煤层倾角 煤层倾角25时，排头支架设防倒滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设置防倒滑装置。（3）底板强度 验算比压，应使支架底座对底板的比压不超过底板允许比压。 为使移架容易，设计时要使支架底座前部比后部的比压小。(4) 瓦斯含量对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并选用通风端面较大的支承式或支承掩护式支架。(5) 煤层硬度 当煤层为软煤层时，支架最大采高一般2.5m；中硬煤层时，支架最大采高一般3.5m；硬煤层时，支架最大采高5m。(6) 地质构造 断层十分发育，煤层变化过大，顶板的允许暴露面积在58以下时，时间在20min以上时，暂不宜使用综采。(7) 设备成本综合各条件，宜选用支撑掩护式支架的架形，即本人毕业设计所选择架型。2.2 主要设计参数 ZFS4000/14/28型支撑掩护式液压支 顶板条件：老顶 级 直接顶 2类 底板比压: 1.5MPa 工作阻力：4000kN 推溜力： 150KN 拉架力： 300KN 泵站压力：32MPa 适应煤层倾角：150 支架高度：1.42.8m 支架宽度：1.43m初撑力：2508KN 支护强度：0.6560.715KN/m（在使用范围内）采用ZFS4000/14/28型支撑掩护式液压支架，其工作阻力为3921kN，初撑力2508kN，支护强度大于656KN/m，对底板的比压为1.5MPa，能够满足地质条件及矿区的要求。支架宽度为14201590mm，中心距为1.5m，支架最低时长5m左右。支架高度为1.42.8m，满足其采高要求。考虑运输机的拉架强度，支架总量约为11.2t。1.确定老顶级别和直接顶类别（1）老顶级别的确定老顶级别按老顶来压强弱来划分。老顶来压强弱取决于冒落带岩石对采空区充满程度N（N为直接顶厚度M与采高h之比）老顶初次来压步距Lp。通常按N和L,把老顶分为四级见表2-3。老顶级别老顶级别老顶级别老顶级别老顶级别老顶来压不明显明显强烈极强烈指标N=360.3N35Lp=25500.350N0.3Lp=2550N0.3Lp50比值N应根据采煤工作面所在位置的地质柱状图中的M和h来计算。老顶初次来压步距Lp可根据现场实测或矿压显现特征确定。（2）直接顶类别按表24来确定指标类别不稳定顶板中等稳定顶板稳定顶板坚硬顶板主要指标强度指数D133.177.11212无直接顶,岩层厚度在2-5米以上,6080参考指标直接顶初次垮落步距l（m）89-1819-25252.支架架型和支护强度的确定按表2-5根据老顶级别和直接顶类别来确定支架架型,再根据老顶级别和采高确定支架强度。支护强度被定义为单位支护面积的支护阻力。老顶级别直接顶级别12312312344液压支架架型掩护掩护支撑掩护掩护和支撑支撑支掩支掩掩护和支撑掩护和支撑支撑或支掩液压支架支护强度kN/m2采高1m采高2m采高3m采高4m294343（245）441（343）539（441）1.32941.3343(245)1.3441(343)1.3539(441)1.62941.63431.64411.65392294234324412539应结合深孔爆破,软化顶板等措施处理采空区2.3 液压支架的结构设计2.3.1 液压支架主要结构参数和形式的确定1. 支架高度的确定一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，然后确定支架高度。对于大采高支架，按下式确定支架高度，即HM十(200400)mmH=M-(500400)mmH支架最大高度(mm)；H支架最小高度(mm)；M最大采高(mm)；M最小采高(mm)MKMM=KM式中M 煤层平均厚度；K、K煤层厚度上、下波动系数，一般取K1113，K08090。对于中厚煤层支架，按下式确定支架高度，即：HM(200300)HM(300400)对于薄煤层支架，则按下式确定支架高度，即HM(100200)HM(150250) 支架的最大高度与最小高度之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架适用范围越广调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。支架最大高度和最小高度取值应符合表23支架高度系列单位（）表26支撑掩护式液压支架高度系列表HHHH1.00.53.11.61.10.553.21.71.20.63.31.81.30.653.51.91.40.73.82.01.50.754.02.11.60.84.22.21.70.94.52.31.81.04.72.42.01.15.02.52.21.25.32.62.51.35.52.72.81.46.02.83.01.5综合以上分析我们在设计过程中取H2800mm，H=1400mm。2.支架伸缩比支架的伸缩比指其最大与最小高度之比M= H/ H=2(2) 中心距和宽度的确定支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前国内外液压支架中心距大部分采用15m。大采高支架为促高稳定性中心距可采用175m，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25。支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输安装和调高要求。支架顶梁一般装有活动侧护板一般形成170200mm。当支架中心距为1.5时，最小宽度一般14001430mm，最大宽度一般15701600mm。当支架中心距为1.75时，最小宽度一般16501680mm，最大宽度一般18501880mm。当支架中心距为1.25时，如果带有活动侧护板，最小宽度一般11501180mm，最大宽度一般13201350mm；如果不带活动侧护板，则宽度一般取11501200mm。综合以上分析我们在设计过程中取中心距1.5m宽度取1.43m3. 支架间距所谓支架间距，就是相邻两架中心间的距离，按如下公式计算：b = B + nC式中 b:支架间距 B:每架支架顶梁总宽度 C:向邻支架顶梁间的间隙 n:每架所包含的组架或框架数，总体自移式支架n1，整体逐步式支架n2，节式组合迈步支架n支架节数。支架间距b主要根据支架形式，但目前主要根据刮板运输机油槽节长度及槽帮上千斤顶连接的位置来确定，目前我国刮板运输机油槽每节长度为1.5m,千斤顶连接位置在刮板槽中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5m，此处恰取1500mm。4、底座长度底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面：支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走，保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度取35佰的移架步距(一个移架步距为o6m)，即21m左右；支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即24m左右。5. 顶梁尺寸 顶梁长度顶梁长度受支架型式、配套采煤机截深(滚筒宽度)、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素的制约。 减小顶梁长度，有利于减小拧顶面积，增大支护强度。减少顶板反复支护次数，保持支架结构紧凑，减轻重量。掩护式支架，由于一般用于破碎顶板，应将顶板长加以控制，使空顶区范围内的重复支承次数不超过45次，顶梁长度为1.52.5m,最大3m。可用公式如下:顶梁长度配套尺寸底座尺寸Acos-Gcos+300+e式中： 配套尺寸6003927303502072mmA:完全伸出的摆杆千斤顶长度（mm）G:顶梁与掩护梁铰接处到掩护梁与摆杆千斤顶铰接处的距离（mm）e:支架由高到低顶梁前端最大位移量（mm）、：支架在最高位置时，分别为后连杆与水平面及掩护梁与水平面的夹角71，35按条件取底座长度大约为2.4m顶梁长度L=2072mm+2400mm+1968.3mmcos711091mm+300mm+30mm =3889.1mm取整得L3890mm 顶梁宽度顶梁宽度根据支架间距和架形来定，架间间隙为0.2m左右。其中宽面顶梁一般为1.41.59m,节式支架一般为0.40.6m,此处取1430mm。 顶板覆盖率= 100式中 B:顶梁的宽度() l:支架顶梁长度 (m) :支架间距 (m)对破碎机顶板：覆盖率s值应达到8595，故掩护式支架装可移动侧护板，以维护架间的间隙，中等稳定顶板覆盖率值为7585，稳定侧护板覆盖率为6070。支架控顶距L为支架顶梁长度加顶梁前端与煤壁间距。次处=(3890 1430)/(3890+300)(1430+200)=816. 立柱布置 立柱数此支撑掩护式支架为四柱 支承方式此处掩护式支架采用倾斜布置，这样可以克服一部分水平力，并能提高范围。一般立柱与顶梁夹角小于30，前排立柱与竖直平面的夹角小于，后排立柱与垂直平面的夹角小于。 立柱间距立柱间距的选择原则为有利于工作部件合理布置的情况下，采用较小的柱间距，立柱间距小，可减小控顶距，但工人行走不便。其余主要尺寸见下图所示：图22支架主要尺寸2.3.2 液压支架的总体布置（1） 支架整体机构尺寸的确定 按照以前的支架设计经验,确定支架底座长度l=2400mm。 按确定四连杆机构尺寸的方法,确定四连杆及掩护梁。 根据工作方式及设备配套尺寸确定顶梁长度 l=5209mm。 确定立柱布置确定立柱布置可以用类比法,其确定原则考虑支架的稳定性及支架的合力作用位置综合进行考虑,我们知道,作用位置超前易产生啃底现象,所以一般尽量使合力位置向后移。支架顶梁只支承两柱时,上柱窝位置在顶梁后部,一般顶梁前端与后端之比为2.22.4:1此处取2.3:1,而下柱窝的位置根据立柱的角度来定。一般掩护式支架的立柱与底座垂线的夹角为 q,小于30。(2) 侧护板尺寸的确定 顶梁侧护板侧向宽度,按支升降高度和移架步距来定。即考虑到一架升起,另一架降柱时,要保证两侧护板不离开,同时考虑到支架降柱后要前移,为防止顶梁后部侧护板离开,所以顶梁侧护板要加宽,加宽的宽度为顶梁后部起大于一个步距,即大于600。 掩护梁侧护板的侧向宽度,主要考虑移架步距,一般比一个步距大100mm,即侧护板宽度大于700mm,当一架固定另一架前移时,两架支架之间能封闭.同时又考虑到降架前移时,原不动支架的掩护梁的侧护板不至于离开,所以掩护梁侧护板下部要加宽。 顶梁与掩护梁侧护板的上部宽度,与活动侧护板行程有关. 顶梁和掩护梁的连接部位及侧护板在次的连接部位,在考虑动作可靠的情况下,尽量减小间隙,加强密封性。2.3.3支架的主要结构(1) 前梁前梁为一钢板焊接件，它可以向上摆动15，向下摆动15，从而改善了前梁与顶板的接触状况。采高大于2.5m的支架，为了防止煤壁片帮和房子煤壁向人行道一侧片落，保护人的安全，一般要采用护帮装置。本支架采用四连杆回转式护帮装置，该装置由长杆、短杆、护帮板和前梁组成四连杆机构，能使护帮板回转180，支护顶板时的支撑力能达到1020kN。其缺点是结构比较复杂。(2) 主顶梁顶梁用于支撑维护控顶区的顶板，承受顶板压力，将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。图2-3顶梁筋板焊接方式这里采用前后铰接式顶梁。整个顶梁分前梁和主顶梁两部分。前梁由前梁千斤顶支撑，对顶板的适应性较好。铰接前梁端部的支撑力决定于前梁千斤顶的支撑力矩。一般梁的支撑力，未伸出前为100160kN。主顶梁为焊接箱式结构。中间以两根主骨架为主体，在主骨中焊接四个柱窝。在顶梁两侧装有侧护板，根据工作面方向不同可使一侧固定，另一侧活动。要使侧护板固定，只要把弹簧套筒收回，用销子销在销孔中。为了防止销子脱出，用挡板固定。如果销不住，侧护板就在弹簧作用下伸出。顶板采用的钢板厚度为30mm，筋板厚度为30mm。(3) 掩护梁掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座。还承受对支架水平作用力及偏载扭矩。掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸性能。掩护梁为款面板式箱形结构件。焊接方式与顶梁相似，掩护梁上铰接座与顶梁铰接，下端通过前、后连杆与底座铰接。掩护梁上的侧护板的装配方式与顶梁相同。(4) 底座底座为支架的其它结构件和工作机构提供安设的基础，与前、后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构，将立柱和前、后连杆传递的顶板压力传给底板。本底座是由钢板焊接成的箱形整体结构。在底座前端中间焊接有过桥它可以起到对底座的加强作用，另外还要用于固定推移千斤顶，将其一端固定在底座上。除了满足一定的刚度和强度外，对底板不平的适应性要强，对底板的接触比压要小；有足够的空间安装立柱液压控制装置，推移装置和其它辅助装置；便于人员操作行走，起一定的挡煤作用，考虑排煤能力，有一定的重量，以保证支架的稳定性能等。采用整体式底座：这种底座是用钢板焊接成的箱式结构，整体性强，稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大，比压小，底座的前端做成滑靴形，以减小支架的移动阻力，同时底座后部重量大于前部避免移架时底座啃底，底座与立柱之间连接处用铸刚球面柱窝接触，以免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销柱限位，防止立柱脱出柱窝。在整体式底座后部中间底板去掉一块，增加底座后部比压，同时有利排煤。(5) 立柱该立柱为一单伸缩双作用油缸，为了适应顶底板的变化和改善其受力状况，立柱两端均采用球面结构，以便更好地承受顶板压力。为了补充立柱液压行程的不足，加设有机械加长段。在煤层厚度变化不大的工作面，可在安装时一次将加长杆调节到所需要的高度，在回采工作中可不再调节加长杆的长度。加长杆的调节长度为900mm，分3挡，每挡300mm。加长杆的拉出办法： 根据采高的要求首先确定加长杆所需伸出的长度，然后把操纵阀打到升柱位置，伸出长度稍大于所需长度； 用单体支柱或圆木撑住顶梁； 拆卸开口销、销轴、挡套和卡环； 把操纵阀打到降柱的位置，使立柱下降，加长杆即可伸出，直到所需要的高度； 装上卡环、挡套和销轴及开口销。 缩短加长杆的方法： 决定了缩短加长杆的数值以后，调节活柱高度，使加长杆的销轴中心高于导向套顶端的距离； 用单体支柱或圆木撑住梁顶； 拆除开口销、销轴、挡套和卡环、 伸出活柱，使加长杆缩进活柱套管，直到所需的高度； 装上卡环、挡套、销轴和开口销。图24 带机械加长的双作用单伸缩立柱1机械加长段；2卡环；3挡套；4开口销；5活柱；6 缸体； 7活塞；图25(a) 立柱的缸口结构1橡胶防尘圈；2导向环；3挡圈；4蕾型圈；5、6O型圈和挡圈；7方形钢丝图25（b）立柱活塞部分结构1活柱；2限位套；3活塞头；4导向环；5鼓形密封圈；6内卡键；7外卡键；8卡箍；(6)千斤顶 在ZFS4000/14/28型液压支架上有推移千斤顶、护帮千斤顶、侧推千斤顶、前梁千斤顶等。都是采用外供液固定活塞式千斤顶。图26推移千斤顶结构图1活塞杆；2防尘圈；3钢丝挡体；4蕾型圈；5、6O型圈、挡圈；7管接头；8活塞头；9O型圈；10蕾型密封圈；11挡圈；12压紧帽；13缸体2.3.4 主要参数的确定1支护面积：支架得支护面积按如下进行计算Fc = B(L + m)Fc： 支护面积（）L： 顶梁长度（m）m: 移架后顶梁前端至煤壁的距离，一般m=284mm则 Fc1430（3890300）5991700mm5.992支护强度支护强度是指支架对单位面积顶板提供的工作阻力，按下式计算：q=式中 P立柱总工作阻力(N)；K支护效率；L支架中心距(mm)；L梁端距(mm)；L顶梁长度(mm)。K按下式计算：K=Q支架对顶板的垂直作用合力支撑式支架K1；支撑掩护式支架一般为K0.81.1；支顶掩护式支架一般为K0.70.98；支掩掩护式支架一般K0.50.8；3. 底板平均接触比压平均比压按下式计算 = (MPa)式中 ：平均比压 （MPa）P：支架工作阻力 （N）:底座长度 （m）：底座当量宽度（m）4. 确定立柱和千斤顶的规格1 立柱缸体内径按下式进行= （cm）式中 ：立柱缸体内径 （cm）P: 立柱的工作阻力 （kN）：泵站工作压力 （MPa）K：一般在0.520.78之间，对于不稳定顶板向上取限，稳定顶板向下取限。这里取K为0.65。根据1984年我国正式发布的矿用液压立柱、千斤顶、柱径系列MT9484煤矿工业部标准。鉴于所计算数据取D=200 mm查表得柱径为d185mm初撑力 （kN）式中 ：缸体内径 （m）：单位换算值工作阻力 P （kN）式中为安全阀的调定压力，也是缸体内的压力。因为p=4000kN选用安全阀开启压力为=31.8MPa2 千斤顶的计算和立柱相同。千斤顶的推力和拉力计算固定活塞式千斤顶的推力按下式计算：(kN)固定活塞式千斤顶的拉力按下式计算：（kN）式中 D：千斤顶缸体内径 （m）d：千斤顶活塞杆的外径 （m）：泵站压力 （MPa）由于Dd，所以固定活塞式千斤顶的推力大于拉力。摆杆千斤顶5. 泵站压力的确定泵站压力的确定按照立柱和千斤顶的工作压力需要确定为：P = 32MPaFc5.99P=4000KNK=1.1L=1500 mmL=300 mmL=3890 mm计算得q0.68MPP=4000KN=2.4=1.5求得 1.24MPaP=4000KN=32MPaK=0.65求得180 mm取220 mm170mm=40MPa计算得ZFS4000/14/28 支撑掩护式液压支架技术参数如下：支架形式支撑掩护式操作方式邻架操作高度1.42.8m宽度1.43m初撑力2508kN工作阻力4000kN支护宽度1.5m支护强度0.68kPa底座面积3.6底座比压1.24MPa重量11200Kg泵站工作压力32MPa立柱(4根)缸径180mm活柱直径170mm行程750mm初撑力628kN降拉力121kN工作阻力1000kN摆杆千斤顶（2根）缸径63mm活柱杆直径45mm行程800mm工作阻力85.3KN最高位置与水平面的夹角35最低位置与水平面的夹角65短柱（前梁千斤顶）（1根）缸径140mm活塞杆直径105mm行程140mm初撑力226kN拉力99kN工作阻力588.6kN前梁端部最大支撑力127.5kN前梁向上摆角15前梁向下摆角19推移千斤顶（1根）缸径168mm活塞杆直径110mm行程700mm推力360kN拉力633kN侧推千斤顶（4根）缸径80mm活塞杆直径45mm推力75kN拉力51.5kN行程相应为250mm 2.4 拟定液压系统本支架的液压系统，由乳化液泵站，主进，主回液胶管，各种液压元件，立柱及各种千斤顶等组成。液压系统原理：本支架操作方式采用邻架操作控制，使用快速接头拆装方便，性能可靠。 本支架液压系统所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比浓度为5，使用乳化液应注意以下几点： (1) 定期检查浓度，浓度过高增加成本，浓度太低，可能造成液压元件锈蚀，影响液压元件的密封和使用寿命 (2) 防止污染，定期清理乳化液箱和支架过滤器 (3) 防冻：乳化液的凝固点为零下三度左右，与水一样也具有冻结膨胀性，乳化液受冻后，不但体积膨胀 ，稳定性也受影响，乳化液地面配制和冬季运输时要注意防冻。液压支架液压系统图2-71 侧推千斤顶2前梁千斤顶3推溜千斤顶4插板千斤顶5伸出梁千斤顶6后立柱千斤顶7前立柱千斤顶8摆杆千斤顶ZY4000/17/35型液压系统的特点是:(1) 支架上的大部分液压元件(除前梁千斤顶控制阀和双向锁外)都装在阀组的座架上,支架本身只有两根高压软管,这样既便于操作,又能保证支柱间有宽敞的人行道。(2) 操纵阀ZC型组合操纵阀,前柱.后柱及前梁千斤顶可单独操作,也可同时操作。(3) 前梁千斤顶活塞腔与活塞杆腔之间连接一个大流量安全阀,在升前梁与升柱同时操作时,对前梁加以保护,并使前梁有较大的支撑力。(4) 液压系统中设有顶梁活动侧护板和掩护梁侧护板千斤顶液路，通过两片操纵阀可单独操纵两个千斤顶的伸缩。(5) 为在厚煤层工作面中防止片帮，液压系统中还设有护帮千斤顶，在护帮千斤顶的液路上连接着双向锁，对护帮千斤顶的活塞腔与活塞杆腔分别进行相互闭锁。(6) 支柱和前梁千斤顶的活塞腔液路上，设有测压阀，根据工作需要，可随时进行压力测定，了解支架受力情况。三、支架的强度计算3.1 支架的工作状态 (1) 顶板状态在采煤工作面中，当煤被采出后，就会出现一定的空间，由于上部岩从压力，出现离从和裂隙，如果不及时支护，顶板就要冒落，不支护的时间越长，危险就越大，而顶板冒落时有一定过程的，一般分为三个阶段，开始顶板处于无压状态，次时顶板较完整，而且没有下沉，通常称为老顶来压，次时顶板并不破裂，且这种下沉带有一定的周期，所以称为老顶周期来压状态，如不及时支护，顶板就会破裂而冒落，此时叫冒落状态。(2) 支架工作状态开始支架以初承力支承顶板，此时为无压状态，当周期来压时，顶板下沉，使立柱下腔压力增加，当增加到大于安全阀调定正压力时，安全阀被打开，使立柱下腔压力下降，称立柱让压状态，使支架以工作阻力支护顶板；如继续来压，就要不断让压，所