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机械毕业设计323ZFS16001226型液压支架掩护梁设计.doc
机械毕业设计323ZFS16001226型液压支架掩护梁设计
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机械毕业设计323ZFS16001226型液压支架掩护梁设计,机械毕业设计论文
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注： 1 设计题目： ZFS1600/12/26 型液压支架的设计 设计专题题目： ZFS1600/12/26 型液压支架 掩护梁设计 设计主要内容和要求： 1.设计要求： 完成液压支架总体方案确定及设计 主要零部件设计 完成设计图纸（折合 0 ） 3 4 张 2.主要工作参数： 设计题目： ZFS1600/12/26 顶板条件： 级 1类 工作阻力： 1600N 推溜力 ： 100kN 拉架 力 ： 150kN 底板比压： 1.0Mpa 泵站压力： 32Mpa 煤层倾角： 15 院长签字： 指导 教师签字： nts 注： 2 摘 要 液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。液压支架的种类有很多，但其基本功能是相同的。 根据液压支架各部件的功能和作用，其组成可分为 4 个部分： 承载结构件，如：顶梁，掩护梁，底座，连杆，尾梁等。起主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。 控制元部件，包括液压系统操纵阀，单向阀，安全阀等各类阀，以及管路，液压，电控元 件。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。 辅助装置，如推移装置，护帮装置，伸缩梁装置，活动侧护板，防倒防滑装置，连接件，喷雾装置等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必须的装置。 关键词：液压支架，支护设备，掩护梁，操纵阀 nts 注： 3 Abstract Hydraulic support is a syntheses coal cutting working face support facility， its primary function is supporting coal cutting top tray， attendancing safe operation space， processing working face coal cutting transportation device. Theres many kinds of hydraulic support， but these fundamental function is the same. According to the function and effection of each partial hydraulic support， theres 4 parts as follows: (1)Support structure section, such as headpiece、 covering girder、 underframe、 pitman、 tail boom. Burden of receiving、 transfering top tray and rocky plays an important role in it. (2)Hydraulic ram， it include crutch and many jack.Its primary function is realizing different kinds of movement of bracket and producing hydraulic power. Control section， it includes hydraulics control valve、non-return valve、 relief valve and so on.Theres also pipeline，hydraulic pressure， electric control element.Its primary function is control bracket each hydraulic ram movement and ensuring required double-shift work characteristic. (4)Auxiliary device, such as process device、 protect device、flex girder device、 activity side rack、 prevent fall and non-skid device、 junction piece、 spray system.These device are obligatory ones which can realize the certain movement or function of bracket. Keywords： hydraulic support， support facility， covering girder，control valve. nts 注： 4 前 言 放顶煤采煤方法，就是在开采煤层的底部，或 在特厚煤层中部位置，布置采煤工作面，利用工作面矿山压力的作用或辅以爆破等方法，竟顶煤破碎并促使其垮落，而后将垮落的顶煤有工作面后方或工作面支架前方放出。放顶煤采煤方法在很早以前就用于开采厚煤层。如我过以前使用过的高落式采煤法，就属于这种采煤方法。在当时，放顶煤开采是不正规的，完全手工式的，而且煤炭损失特别大，长期以来受到严格限制。随着煤层开采技术的发展，特别是煤矿支护设备的发展，放顶煤采煤法已经发展成为一种正规的采煤方法。 放顶煤开采方法的应用条件，也由开采残留煤柱、极不稳定的特厚煤层，发展到稳定的 各种倾斜煤层的常规工作面，特别是赋存稳定的长壁工作面的开采。放顶煤开采方法按工作面的巷道不止方式可分为：缓倾斜、倾斜特厚煤层预采分煤层（铺网或不铺网）放顶煤开采法；缓倾斜、倾斜特厚煤层顶采中间层放顶煤采煤方法：缓倾斜、倾斜特厚煤层一次采全厚放顶煤采煤法；急倾斜特厚煤层水平分段放顶煤采煤法。按放顶煤工作面的回采工艺方式可分为：炮采放顶煤开采；普通机械化放顶煤开采；综合机械化放顶煤开采。 中位放顶煤液压支架是当前我国应用数量较多，分布面较广的综放支护设备。中位放预煤液压支架已不仅是一种单纯维护工作面空间 的文护设备，还是一种依靠矿山压力破碎煤体，具有放煤功能的综采设备。中位放顶煤液压支架按其结构型式可分为两类：单铰点中位放顶煤支架和四连杆中位放顶煤支架。 在毕业前借助设计这次很难得的机会，在老师耐心的指导下，利用自己在大学所学的书本知识和实习结合，对中位放顶煤液压支架的掩护梁的结构和受力分析设计和计算。由于时间仓促和本人水平有限，在设计过程中会有缺点和不合理的地方，恳请老师给予宝贵的意见，并给予批评和指正。 nts 注： 5 目 录 1.放顶煤开采概述 1.1 我国厚煤层分布与赋存状况 9 1.2 国外放顶煤开采发展历史 14 1.3 国外放顶煤液压支架 16 1.4 放顶煤综采技术的优越性 25 2.中位放顶煤液压支架总体结构设计 2.1 液压支架的工作原理 27 2.2 液压支架的主要技术特征与工作参数 29 2.3 液压支架总体方案设计 30 3.中位放顶煤液压支架架体部分的设计计算 3.1 铰接式顶梁掩护支架 45 3.2 放顶煤液压支架结构件的强度计算与校核 50 4.设计液压元件及系统 4.1 拟定支架液压系统 63 5.中位放顶煤液压支架的使用与维护 73 后记 75 nts 注： 6 1.放顶煤开采概述 1.1 我国厚煤层分布与赋存状况 我国煤炭资源十分丰富， 1985 年全国另计探明煤炭总储量为 7822 亿 tl 其中厚煤层的储量占首位，接近总储量一半。根据 1988 年我国统配煤矿统计，原煤产量按薄、中厚及厚煤层的比重分别为 10 40、 43 97及 45 63；若以可采储量统计，则分别为 17 36、 37 84及 44 80。 我国厚煤层赋存几乎遍及全国，其中以东北及西北地区尤为丰富， 15 个省 46个矿务场赋存有 5m 以上的持厚煤层，储量超过 100 亿 t，但地质条件比较复杂。厚煤层可来储量所占比重员高的省及自治区为甘肃 (93 96 )，新疆 (70 N )及宁夏 (65 06 %)。在山西、河南、河北、山东及陕西省， 3 5 8m 厚煤层的储量也占很大比重。 1.1.1 缓倾斜厚煤层整层垮落一次采全高综采。 近年来，国内外 采用大采高支架 (结构高度大于 3 5m)、利用整层垮落一次采全高方法开采缓倾斜厚煤层 (采高在 3 5 5m 之间 )取得了较好的经济技术效果。我国大采高支架己研制 l0 余种架型，可分为两柱掩护式和四柱支撑掩护式两类；支架结构高度为 3 8、 4 2、 4 5、 4 7 及 5 0 米；支架阻力从 800、 2000、 2400、3200、 3600、 4000、 4800、 5200、 5600 至 l0000kN架。从支架使用效果看可分为三种情况： （ 1）架型与煤层赋存条件适应，使用效果较好的有德国 6320 23 45 型，BY320 23 45 和 BY360 25 50 型掩护支架，并在开滦范各庄矿、林南仓矿及邢台东庞矿，均实现了年产百万吨。 （ 2）实际采高在 3 5m 左右，末完全显示出大采高特点的有 QY320 20 38型、 ZY400 18 38 型及 BY480 22 42 型支架，在徐州庞庄矿 70l 采煤工作面、nts 注： 7 兖州兴隆庄矿 5301 采煤工作面和西山官地矿 1830l 采煤工作固使用，前两种分别达到工作面月产 66139t 和 69568t。 （ 3）因架型或参数与煤层赋存条件不适应，试验效果不佳的有铜川局李家塔矿使用的 Jz 1 型掩护支架和金华山 矿使用的 Yz I、 II 型掩护支架，以及开滦范各庄矿试用的 BYZ 型掩护支架。 大采高支架不仅在中国，在原苏联、德国、波兰、法国、捷克和斯洛伐克等国多数使用效果较好，然而，也还存在不少问题，主要是： （ 1）架型或参数与煤层赋存条件不适应，尤其表现在支架工作阻力偏低，造成支架变形，损坏严重，乃至被迫停产。 （ 2）支架稳定性差，造成支架倾倒。这主要是由于支架高宽比过大，加之零、部件间隙过大，当使用在倾角大于 12。左右的煤层时，形成支架顶梁组件向支架顶、底面垂直线的倾斜下方严重偏移，受载后使支架零 、部件损坏、甚至倾倒。 （ 3）掩护梁易开裂，四连杆变形。造成这种损坏的主要原因是，底座与顶梁发生水平错动并产生扭转变形造成的。 （ 4）两柱式掩护支架的平衡千斤顶易损坏。主要原因是当掩护梁与顶梁间夹角过大，使平衡千斤顶活塞杆全部伸出形成刚性受力时，造成导向套被拉出缸口或结构件耳子拉裂、销轴变形。 （ 5）煤壁易片帮，工作而与巷道交接处的端头三角煤矿难以维护。 由此可见，要使大采高支架在缓斜厚煤层整层一次采全高达到高产、高效、降低成本、节约费用的目的，就必须解决好上述存在的问题，做到充分 了解煤层的赋存条件，合理选择支架工作阻力及主要技术参数；优化结构设计，保证足够的安全系数，认真加强管理和维护，“选好配套设备才能获得良好的使用效果。 1.1.2 放顶煤综合机械化开采 放顶煤综合机械化开采的实质是：在开采煤层的底部 (沿底扳或在煤层中某一高度范围的底部 )布置综采工作面，除用正常的三机 (采煤机、输送机及液压支架 )nts 注： 8 采煤外，还利用矿山压力或辅以人工松动方法使工作面上方的顶煤破碎，并随工作面推进而在前方或后方放出并回收，这样的采煤法称为放顶煤综采。 我国在缓斜中硬厚煤层、三硬 (顶 板坚硬，底板坚硬、煤质硬 f=4)厚煤层，三软 (底板抗压强度 0 8MPa，顶煤及煤质松软 f=0 3 一 0 6)厚煤层；倾斜厚煤层 (约 37。 )及急斜斜厚煤层水平分段综采等均取得较好的经济技术效果，并在采煤工艺和放顶煤液压支架装备水平上有新的突破。 1缓斜中硬厚煤层放顶煤综采 该类综采放顶煤工作面是我国放顶煤工作面最多、技术经济效果最好的一类，截止到 1992 年底共装备了 30 多个。这类煤层硬度 f 1 2 3，煤层开采厚度在 5 20m，工作面长度为 38 200m，主要分布在东北地区、山西和山东等省。 由于各工作面地质条件相差较大，以及使用的先后不同，加之设备选型、组织管理技术水平等原因，取得效果也大不相同。如早在 1984 年研制的综采放顶煤液压支架(FY400 14 28 型 )及放煤工艺在沈阳局蒲河矿缓斜特厚煤层中试验时，开始效果尚好，后因支架稳定性差，四连杆强度不足而损坏严重，加之设备配套等问题，支架不能前移，造成煤层发火中止了试验，但人们已看到达种放顶煤综采技术的前景。1987 年平顶山矿务局一矿引进了匈牙利 vHP。 732 型高位插底式放顶煤液压文架，并进行了试验。该煤层厚 8 2m、倾角 9。，工作面长 87 一 120m，煤层硬度 f l一 1 8，采高 2 8m，放煤高 5 4m，试采 3 年采完 2 个工作面，平均月产 44206t，最高月产 55000t，回采率 79 6，平均工效 25 5t工，获得了初步成功。 在对王庄矿插底式单输送机放顶煤液压支架进行较大改进后，一种新型不插底单输送机放顶煤液压支架在潭村矿投入使用，采用单轮间隔均匀放煤，丙采一放，1991 年工作面产量 l 82 万 t。 1992 年又装备了“四个一”，即一矿、一面、一条原煤运输线、日产煤 l 万 t，工作面年产原煤达 230 万 t，创国内外放顶煤综采最高绍录。同时该局 王庄矿还创造了低位放顶煤支架综采面月产 27 万 t 的国内最高绍录。 2缓斜硬厚煤层放顶煤综采 nts 注： 9 对于煤质硬度大于 3 的厚煤层能否采用放顶煤开采，在 1990 年以前一般均认为是“禁区”，但在硬煤层中，若层节理发育并呈脆性的煤层可否采用放顶煤综采，经对放顶煤矿压理论分析后，开始认为选用高阻力支架和注水软化顶煤等措施后，还是可以试验的。于是，首先在晋城矿务局凤凰山矿进行丁试轧并采用了 zFs5200 17 32 型强力放顶煤支架，尽管工作面多次遇到无炭拄，使支架不能正常运行，但也曾出现日产 7000t 的好水平。 3留斜软厚煤层放顶煤综采 我国软厚煤层的赋存分布较为广泛，储量丰富，如东北的辽源、西北的乌鲁木齐、淮南、淮北，山西轩岗及河南郑州矿务局等。其煤层厚度一般为 5 20 M，除前两周为急斜煤层外，其他均为缓斜。目前一般以 f l 的煤称为软煤。在软厚煤层中采用放顶煤综采的有利条件是，可以不考虑顶煤能否破碎的问题，但实践表明，由于煤的强度极低，当支架梁端支撑力不足以及支架封闭性能不良时，会造成顶煤的破断角前倾，矿山压力向煤壁方向转移，形成前方顶煤破碎、目落，煤壁片帮，使支架顶梁上方冒空不能接顶，造 成支架难于前移；同时软煤层的底板常是抗压强度小于 1 0MPa 的软底，又会出现支架底座前端压入而使支架前倾，因而常有放顶煤开采“怕软不怕硬”的说法。经过近几年广大煤矿企业包括煤机厂科技人员及工人的共同努力，已较为成功地解决了这一难题。 4倾斜厚煤层放顶煤综采 在倾斜厚煤层实现放顶煤综采是国内外来煤工艺改革的一大难题，因为它不仅要解决顶煤冒落，而且要解决工作面设备的正常推进，包括支架、输送机和采煤机的下滑及支架防倒、采煤机的爬坡、端头的锚固及维护等问题。在倾角小于 15。的缓斜工作面中一般不需考 虑上述问题，而急斜工作面通常在特厚煤层中采用水平分段综采放顶煤开采，其工作面呈近水平状态，也无问题可言。因此，倾斜煤层综来放顶煤开采乃是国内一大攻关项目。 石炭井矿务局与郑州煤机厂共同开发、研制的成套综放支架 (低位放顶煤液压nts 注： 10 支架、过渡支架及端头支架 )在乌兰矿 532l 工作面使用，从 1992 年 l1 月 5 日至 1993年 2 月 28 日正常运行后，通过了宁夏科委的鉴定，取得了良好的技术经济效果，填补丁我国的空白。 1)工作面概况。 乌兰矿三层煤为该矿主来煤层，平均煤厚 6 79m，倾角 17。一 37。， 煤质硬度系数 f 0 6 一 1 2，工作面长 44 5m，走向长 166 6m。煤尘具有爆炸危险，指数为 32，煤自燃发火期 18 个月，宜接顶为泥质粉砂岩，老顶为浅灰色中厚层状细砂岩，平均厚度为 7 21m。 工作面主要设备 zFsB3200 16 28 型低位放顶煤支架 29 架 ZFG3400 20 30 型过渡支架 4 架 zTE890 0 20 30 型端头支架 2 架 MXP 240 型采煤机 l 台 SGD 630 l10 型前部输送机 l 台 SGD 630 110 型后部输送机 l 台 SZZ 730/110 型转载机 l 台 SGW-44 型胶 带输送机 l 台。 2)回采工艺。 经该局、矿生产实践，总结出“二刀一放，单轮顺序放煤，四个由下而上”的新工艺方法。 “二刀一放”即放煤步距为两次截割步距之和 1 2m，这样可保证放煤结束后，上方及后方的矸石同时到达放煤口，实现最大限度地回收顶煤。一般放煤步距与顶煤厚度有关，厚度大则步距也应加大，否则将使顶煤丢入采空区，降低回收率。 “单轮顺序放煤”这是由大倾角煤层的放煤规律所决定的。因放煤漏斗向倾斜上方发育，且放煤口之间形成的脊背煤也向上偏斜，这种放煤顺序可保证上覆顶煤nts 注： 11 依次回收，否则将会由于上下放煤漏 斗相交见矸而过早关闭放煤口，降低煤炭回收率。 “四个由下而上”即割煤、移架、推溜及放煤均由下向上进行，这样可以保证下方支架对上侧支架的支撑定位和移架导向。由于工作面呈伪斜布置 (5。一 7。 )，这样不仅可使巳发生的支架上窜或下滑及时调整，确保输送机不下滑，而且端头支架起到锚固作用，支架不会出现倒架。 3)几种主要技术经济指标分析 (1)提高了资源回收率。 工作面回采率达 84 9，采区回采率达 77 7。经实践验证，故顶煤工作面煤炭损失主要包括：初采损失，即由于顶板末初次垮落暂 不放煤的损失，约占3一 6；末采损失，一般离停采线约 8 12m 开始不再放顶煤而铺设金属顶网，以便于回撤设备，这部分煤损约占 2一 6；放煤口高度损失，因放煤口窝底板有一定高度，造成部分煤炭移架后损失，一般占 3一 4 (中位放煤可达 6一12 )；放煤工艺不合理引起顶煤垮菠不规则造成的损失。由以上各项可见，工作面愈长（ 120 150m)，相对煤损愈小，回采率增高。乌兰矿原分层铺网开采时四个区段的回采率仅 58一 64，平均为 61，其煤损较放顶煤开采时高出 16 4。 (2)提高了产量和工效。 532l 试验工作面从 1992 年 11 月 6 日投产至 1993 年 2 月，前 2 个月主要试验设备的配套和性能， 2 月份最高日产达 12881， 15 天完成 16369t，工效提高到 19 44t工。 (3)安全可靠、经济效益好。 根据对以前开采的三层煤统计，百万吨死亡率为 3.18 人，而该倾斜煤层采用综放开采四个月未发生过轻伤以上事故，支架防倒防滑功能及支护顶板的全封闭(前探梁也具备侧护板 )性能可靠。综放比分层开采，吨煤增收 14 74 元，经济效益十分显著。 nts 注： 12 为了扩大使用范围，充分发挥综放设备和管理 效朗，该局又增订了 45 台液压支架，准备在面长 120m 的三层煤投入使用。 5急斜特厚煤层水平分段放顶煤综采 由于煤田地质构造时原因，我国急斜特厚煤层多数倾角大于 55间，硬度系数 f 1 5，发育良好，很适合放放煤开采。 综上所述，放顶煤综采十几年来在我国得到了迅速的发展。放顶煤综采技术的推广使用，托宽了综合机械化开采厚煤居的使用范围，简化了矿井的采掘系统和生产组织，在提高劳动生产率和产量，降低煤炭生产成本，保证安全生产等方面均取得了比较显著的技术经济效果。当然，放顶煤综采也存在一些急 待解决的问题。主要是， (1)煤尘大，比分层开采高出 l 一 3 倍，甚至更高； (2)回来率偏低，一般在80左右， (3)自然发火问题尚未得到很好的解决； (4)对高瓦斯矿井，瓦斯涌出量大，有局部积聚的危险； (5)液压支架的系列化和功能的完善，特别是过渡支架和端头支架的配套性、适应性、可靠性尚需进一步发展； (； )顶煤冒落规律及顶煤冒落对掩护梁的冲击载荷的理论计算和实际显现也需要进一步的观察与研究等。这一切都需要科研、制造、生产各部门通力合作，不断创新总结经验以便把我国厚煤层放顶煤开采技术与放顶煤液压支架提高到世 界最高水平。 1.2 国外放顶煤开采发展历史 放顶煤开采方法很久以前就用于符厚煤层开采。早在 100 多年创，法国、西斑牙和南斯拉夫等困就已应用放顶煤开采。在当时，只是作为复杂地质条件下的一种特殊采煤方法。目前，法国仍然部分采用房注式和仓储式采煤方法。本世纪的 40年代末和 50 年代初，法国、南斯泣夫等国开始应用长壁和短壁工作面放顶煤开采，工作面文护使用单体金属文校和金属顶梁，采用刮板输送机运送煤炭，工作面为爆破落煤。最初，为了更好地控制工作面顶板，留有顶煤护顶，回采时回收部分顶煤，以减少煤炭损失。在取得成 功和积累经验的基础上发展成为回采特厚煤层的一种主要开采方法。同时指出，特别适用于不规则将厚煤层的开采。这种采用金届摩擦支nts 注： 13 柱及金属顶梁支护的炮采放顶煤开采法如图 1 2b1 所示。当煤层厚度大于 9m 时，一般采用 2 个长壁分层开采工作面，一个在上部先采顶分层，让顶煤垮落破碎，然后由下分层工作面回收顶煤。其开采方法如图 l 2 2 所示。 当煤层为 6 9m时，只采用一个回来工作面沿煤层底部开采，同时在架后回收顶煤。其主要工艺过程为：先推进工作面，尔后进行支柱和前移顶梁，最后让顶煤充分培落并在架后进行回收。其工艺过程如图 l 2 3 所示。 随着采煤机械化程度的提高，放顶煤开采工作面的机械化也不断取得进步。在工作面煤炭运输方面，起初只用一台输送机出煤，回收 6t 顶煤通过人工装入输送机运走，放煤与采煤工作不能同时进行，产量低，如图 l 3 3 所示。为了提高产量，减少工人劳动强度和提高效率，放顶煤工作面发展为采用两台输送机出煤，分别运送工作面采镕的煤炭及放落的顶煤，采煤与放煤可以平行作业，工作面产量有了提高，如图 l 2 4 所示。 尽管在单体液压支柱支护的放顶煤工作面采用了前、后两部输送机运送煤炭，但工作面的支护工 作量大，劳动强度大且不安全，采煤以炮采、风镐为主。整个工作面的机械化程度低，工作面的生产规模小，产量低。 将综合机械化开采运用到放顶煤开采工作面后，放顶煤开采技术进入新的发展阶段。由于工作面由液压支架实行可靠、快速的支护，采用采煤机或刨煤机采煤，放顶煤工作在安全、可靠的支架下进行，从而使工作面产量有明显的提高。 放顶煤综采工作面一般均用采煤机斜切进刀。法国的此类工作面已使用正面截割式采煤机，采高： 0 一 2 5m，可避免预开缺口，如图 l 2 7 所示。其他国家一股用单滚筒或双滚筒采煤机。 自 70 年代开始，法国、前西德、英国等国陆续研制成功了开天宙的支撑掩护式或带伸缩掩护板的支撑式放顶煤液压支架。这两类田 1： b 汝 b1 开始米电梁支架故顶煤开采 歪孟配有云输送机运友，靠单滚或双滚采煤机采煤，然后从掩护梁上的窗口放出顶煤。这两类支架的主要区别在于：前者将输送顶煤的输送机放支架架底座上，后者则将输送机置于煤层底板上，分别适应于不同的煤层条件，特别nts 注： 14 是底板情况。 80 年代初，匈牙利研制成功单输送机前开天窗式放顶煤掩护支架，机采煤炭所放落顶煤均用此单输送机运输，在实际使用中，取得了良好效 果。由于在放顶煤工作面实现了综合机械化开采，工作面产量、进尺、工效成倍增加，炸药等材料消耗大为减少，适用的煤层范围也不断扩大，因此在继法国、前苏联之后，南斯拉夫、波兰、捷克、罗马尼亚、西班牙、印度、泰国、土耳其、中国等也陆续采用放顶煤 1.3 国外放顶煤液压支架 放顶煤综采能否成功还取决于能否针对具体的使用条件进行放顶煤 液 压支架的合理选型与设计。一般说来，它要满足对顶煤只有良好的支护效果，同时还要满足顺利放煤、运煤、行人、通风、移架和对采煤 工 作干扰小等一系列要求。国外的放顶 煤 液压支架发展较早。法园 60年代初就成批生产放顶煤液压支架。 现 将各主要放顶煤液压支架生产国家研制、生产、使用的放顶煤支架及 其 主要特点作一简要介绍。 1.3.1 法国放顶煤液压支架 法国主要生产放顶媒液压支架的为玛雷尔公司。其生产的第一代放顶煤液压支架是带香蕉民架的支撑掩护式支架。 1965 年生产 200 架 DFl6x 26s型用于法国卢瓦尔煤田， 1967年生产 85架 DFl5x 25s 型用于法国奥弗涅煤田。 91970一 1979年10年间共生产了 482架凹 18x 28s型支架，出口到西班牙、捷克和南斯技夫等国。其中主要是甫斯拉夫，占 407架。在第一代放顶煤支架的基础上，玛雷尔公司又研制了第二代插板式放顶煤液压支架，主要型号有 MSl5x 35S型、 Msl728S 和MBl829S 等型早。 M51728S 型于 l 978一 U 80年出口到南听垃夫 146架， M618x 29S型在法国 1980一 1981年使用 43 架，该型支矩如图 l”2 l 6所示。该公司还研制了天宙式放顶煤液压支架，型号为 F52l x 30s型 2978 1983年法国共使用了 300架，如图 l 2 17所示。这两类与支架的技术特征 l 2 4。 nts 注： 15 图 1 2 比 法国 MB17 28S型支架 图 1.3 法国 FB21 30S 型支架 图 1。 2 4 MB17 28S和 FB21x 50s 型支架技术特征 由于第一代香蕉昆梁式支架存在工人在 尾 梁处放煤不安全，处理大块煤 困难；顶煤排放无法有效控制 等， 常造成压死输送机的现象。而且，该支架 工 作阻力也较低，仅 1500kN架。第二代放顶煤支架在此基础上作了较大的改进，基本避免了这些缺陷。土作阻力增加到 3000一 4000kN架。支架间安设防倒防治千斤顶，使支架可以在倾角 30。的工作面使用。扩大了支架的使用范围。 1.3.2 英国放顶 煤 液压支架 英国生产放顶煤液压支架的主要有道梯公司和伽力克公司。英国 70 年代才开始研制放顶煤液压支架。由于英国国内不采用放顶煤开采，其生产的放顶煤液压支架主要用于出口。主要用户是南斯拉夫和西班牙等 国 的煤矿。 nts 注： 16 英国道梯公司研制的 DT400型天 窗 式放顶煤液压支架，如图 l 2 18所示，这种支架将放顶空间置于支架前、后连杆之间，支架的稳定性较高，前梁可以伸缩，支架的综合性能较好。这种支架既可用于一次采全高放顶煤开采，也适应于预采顶层的分次放顶煤开采和分段放顶煤开采。道梯 400型放 顶煤液压支架的主要技术特征见表 l 2 5历示。 英国生产的另一种插板式放顶煤液压支架是由伽力克公司 1983 年为西班牙法斯柯 列尼沙矿制造的。如图 l 2 19所示。该支架在短壁放顶煤工作面使用，取得良好效果。煤炭回收 率 达到 85。 该支架的主要特点为：放煤门面积大，便于顶煤垮落进入后部输送 机； 采用四连杆机构，顶梁对顶板的接触及支架稳定性均较好；后输送机置于支架加长底座上，利用 工 作面输送机的移溜千斤 顶 回液进入后部立 柱 ，使后输送机相对于支架向后推出，而放煤线位置 不变。图， 英国道梯四柱 400型天窗式支 架 图 英国伽利克 4/430型支架 nts 注： 17 表 1 2 5DT400型放顶煤支架主要技术特征 1.3.3 德国放顶煤液压支架 德国 70 年代末 80年代初开始生产放顶煤液压支架。主要有咸斯特伐利亚公司和赫姆夏特公司。威斯特伐利亚代表产品有 Bs2 2型插板式支撑掩护式放顶煤液压支架，如图 1 z 2)所焺。该支架调高范围为 2 3 3m，装有四连杆机构，可吸收放顶煤时产生的水平推力。如果需要打眼放炮松动顶煤，支架上备有安装钻机的位置。顶梁上还有小孔，可让钻杆通过。这种支架可用于煤 层厚度为 5 20m的各种放项煤综采工作面。加长的底座既可让后部输送机置于底扳上，又可在移榴时将其拉到支架底座上。 德国 BS2.2型插板式支架 nts 注： 18 德国另一液压支架制造厂赫姆夏特公司 70 年代末生产 400 18 28型和320 20 30 型等放顶煤液压支架。 400 18 28型放顶煤液压支架用于南斯拉夫煤矿，支架工作团力为 4000kN， 最小高度为 1 8m，最大高度为 2 8m，可用于10m厚煤层的放顶煤工作面，机采高度 2 5m。放煤插板也是液压操纵，后输送机放在支架底座上 。如图 1 2 21 所示。 320 20 30型放顶煤液压支架工作阻力为 3200kN，支架最小支撑高度为 2 om，最高为 3 om，掩护梁上的放 煤装置为一可翻转的放煤梢，利用前输送机运送顶煤。如图 l 2 22所示。 德国赫姆夏特 400-18 28 型支架 nts 注： 19 德国赫姆夏特 320-20/30 型支架 1.3.4 匈牙利放顶煤液压支架 80年代初匈牙利重点研制并成功应用了 vHP系列支架。该支架在匈牙利推广使用并出口到我国平顶山矿务局。 vHP系列支架总的特点是高位单输送机 放顶煤，放煤口面积很大，短伸缩梁对端面顶板有较高的支护强度，而掩护梁上有较充分的顶煤垮落空间。以 vHP732型支架为例 (图 l 2 23)，支架最高可达 3 sm，顶梁支护强度为 800kN m：，采用 4根立柱， 2根支在掩护梁框架上， 2根支在放煤槽上，每根立柱工作阻力 1000kN，支架工作阻力 4000kN。放煤门可向下摆动至水平线下 34，起溜煤槽作用，将煤导入工作面输送机。 nts 注： 20 匈牙利 VHP732型天窗式支架 1.3.5 前苏联放顶煤液压支架 前苏联研制并投入使用的放顶煤液压支架主要有 KM 8lv型， KM 8lB型 KTY型和 KAM lc型。 RM 81型放顶煤液压支架为提腿迈步液压支架，该支架的移架动力在支架的顶梁上。支架掩护梁有一组千斤顶支撑并可伸缩，放煤插板采用液压伸缩。支架后部配有专用放顶煤输送机。如图 l 2 24所示。 KAM lc型带截割顶煤装置的放顶煤液压支架如图 1 2 25 所示。该设备最大的特点是：文架带有一个可在垂直面上下截割的液压传动刨煤装置，刨头后有吊挂掩护扳。其下部可用输送机胶带做成的专用导槽将垮落顶煤导入后输送机。排头支架上还装有端面扩板，防止侧向秆石和煤进入支架。支架掩护板分两段，下段为刚性 三角形结构，上段可活动调高。这种机组可采硬煤。 nts 注： 21 图 1-2-24前苏联 KM-8lB放顶煤支架 图 1-2-25 前苏联 KAM-1C型放顶煤机组 1-截割头； 2-导向架； 3-液压柱； 4-操纵缸 1.3.6 国外放顶煤端头支架 由于放顶煤长壁工作面端头支护空间大、设备多、工艺配合复杂，所以端头支 护的好坏，直接影响到综放工作面产量、效率和安全状况。因此发展综放工作面端头的机械化 支 护势在必行。法国在香蕉式放顶煤支架的基础上，改造成功了一种AcM 型香蕉式端头支架。如图 l 2 26所示。该支架的文撑高度为 1 8 2 8m，质量仅 4 35t。另外法国还在放顶煤工作面试验了一种履带式端头支架。这种支架的顶粱和底座均由履带构成，为掩护式 架型，可以实现带压独立行走移架 。 1987年 5月匈牙利在北京展出了 ovK lo型放顶煤端头支架的模型。这种端头支架为两架一组，主顶梁长 3 83m，活动顶梁可伸缩，最长 1 9m，最短 1 29贝，底座长 5 76m支架的稳定性较好。两架支柴的总质量仅 4 3t。每架工作阻力 5200kN，移架及移 溜 力为 700KN， 如 图 l 2 27所示。 nts 注： 22 图 法国 ACM 香蕉式端头支架 图 匈牙利 OVK-10 型端头支架 nts 注： 23 1.4 放顶煤综采技术的优越性 1.4.1 合理的集中化生产 由于放顶煤综采对所放顶煤的厚度没有严格的要求，核对煤层的变化适应性较强。当煤层厚度不均匀时，对放顶煤综采的影响不大。对于煤层直接顶破碎，有较厚的伪顶或呈大块碎裂含水岩层实行放顶煤开采后， 可以避开这些难于控顶条件。因此，在特厚煤层中实施放顶煤综采，可以扩大综合机械化开采购使用范围，提高煤矿的讥械化开采水平。 在特厚煤层中实施放顶煤综采，在不降低矿井产量的情况下，可以大幅度减少矿井中同时生产的采区和工作面的数量。在煤层条件合适的情况下，一般矿井只有l 一 2 个采区同时生产，而采区只有 l 一 2 个区段同时生产，区段只需一个放顶煤综采工作面生产并且一次将区段内煤层全厚回采完毕。因此，提高了煤层的生产能力，使矿井生产设备和生产人显大为减少，而且放顶煤与底层综采相结合，可以实现工作面生产的高产和高效。 放顶煤开采的合理集中化生产，使采煤工作面运输、采区运输和矿井运输系统更为简单，更便于管理和充分发挥运输系统的设备效能，降低煤炭运输成本。放顶煤综采的合理集中化生产，减少了同时生产的采区和工作面的数量，也就减少了采掘和运输设备的数量，可节省大量的设备购置费。问时，由于生产能力的提高，使nts 注： 24 采、掘、运等各种设备得到充分利用，缩短设备的更新周期，加快矿井没备的更新改造和技术进步。 放顶煤综采的合理集中化生产，还使矿井通风网络大为简化，降低矿井通风阻力，这不仅可使放顶煤开采工作面瓦斯涌出量大，需供风量 大的要求得到满足，还可降低矿井通风费用，缩短厚煤层回采周期，不需多次启闭采空区，对防止与避免煤炭自燃比较有利。 放顶煤综采的合理集中化生产的另一个突出的特点是，虽然工作面能高产高效，但工作面推进速度并不需要很快，因而减少工作面的搬迁次数，并使由于搬面而造成煤炭生产的产量波动及辅助工作员大为减少，节省大量的生产费用。 1.4.2 改善矿井采掘关系 放顶煤综采的合理集中化生产，极大地缓和了紧张的矿井采掘关系。由于放顶煤综采同采的采区和工作面数大为减少，矿井开拓煤量和准备煤量较易满足。开拓巷道，如 岩石大巷、集中运输石门，以及采区上山、区段集中巷、主要溜煤眼及联络巷等准备巷道的年掘进员可大为降低，使万吨掘进率及掘进队的数量、人员及机电设备也就大为减少。在回采区段内，与具有相同回采煤量的分层综采相比，放顶煤综采所需的回采巷道，如上下平巷、开切眼、联络巷以及相应的掘进队及设备等也大力减少。 1.4.3 简化采区的巷道布置 由于在特厚煤层中进行放顶煤综采，煤层的全厚一次回采完毕，巷道受采动影响小，所以巷道的维护时间短。因此，采区内各类巷道可以布置在煤层中。例如，改岩石上山为煤层上山，取消区段集中岩巷 ，取消各种岩石联络巷、石门和溜煤眼。对于煤层上山，为便干维护和防止发火，可对巷道采取加网喷射混凝土或在巷道顶帮铺设混凝土背板。实行放顶煤综采，巷道可沿煤层底板布置，使系统十分简单，而且巷道掘进费用大为降低。 nts 注： 25 2.中位放顶煤液压支架总体结构设计 2.1 液压支架的工作原理 液压支架的基本工作原理如图。其主要组成部分有顶梁立柱底座推移装置操纵控制装置。 1 、 顶梁 2 、 立柱 3 、 底座 4、 推移千斤顶 5、 安全阀 6 、液控单向阀 7、 8 操纵阀 9、乳化液泵站 10、输送机 为了实现液压支架的主要功用，液压支架必须具有升（架），推（运输机），降（架），移（架）四个基本动作，这些动作都是有乳化液泵站提供的工作乳化液的动力实现的。当操纵阀各手把处于中立位置时，乳化液泵站停止向液压支架供液。当阀把手向右则由泵站提供的工作乳化液经阀（左位）和液控单向阀进入立柱的下腔，同时立柱上腔经阀回液，实现升架。当阀手把向左，则工作乳化液进入立柱上腔，并同时解除液控单向阀的单向性，使立柱下腔回液，实现降架。阀用来转换通向推移千斤顶 的通路，手把向右，工作乳化液进入推移千斤顶前腔，后腔回液，这nts 注： 26 时，支架在已经降架卸载的状况下，以输送机为单点向前移架，手把向左，则工作乳化液进入推移千斤顶后腔，前腔回液。这时，支架已经撑紧顶板承载的状况下以支架为支点将输送机推向煤壁。 液压支架的承载过程分为初撑，增阻和恒阻三个阶段，并可通过液压支架的工作特性曲线来说明。液压支架的工作特性曲线是指液压支架在承载过程中支撑力随时间的变化关系。 支架在工作液化液作用升架后，从顶梁接触顶板至立柱下腔压力到达泵站工作压力为定值时称为初撑阶段，用时间 T。表示。立柱到达泵 站规定工作阻力时支架对顶板的支撑力称为支架的初撑力。对立柱垂直支顶的支架，其初撑力为： 24cbP D P n ( bDP支 架 立 柱 刚 体 内 径 ； 泵 站 规 定 工 作 阻 力 ； n- 支 架 立 柱 数 目 ） 初撑阶段结束后，立柱下腔闭锁承载，直至其压立达到立柱安全阀调定压力为止的撑阻阶段用时间 t1 表示。支架增阻性能是液控单向阀对立柱下腔的闭锁来实现的，而支架对顶板的最大支撑力则是有立柱安全阀的调
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