第九单元 综采工作面三机配套

第六单元综采工作面“三机”配套

【学习目标】

综采工作面的“三机”是指采煤机、液压支架和刮板输送机，实现采煤工艺中的落煤、装煤、支护、运输和工作面推进等几个工序。“三机”在工作能力和结构尺寸上的配套关系，直接影响到采煤工艺的顺利实施和设备能力的充分发挥。正确地选择“三机”的型式，不仅要看它们各自能否满足采煤工艺的要求，同时要注意它们之间的配套性能。

组成综合机械化采煤工作面的采煤机、输送机和液压支架有严格的配套要求，以实现高产高效。课题一采煤机、液压支架和刮板输送机选型

“三机”的选型要充分考虑两个主要因素，一是煤层地质条件，二是“三机”之间的协调配合。1.液压支架的结构和工作阻力要适应矿压和顶底板情况；2.采煤机要能最大限度地截割高硬度煤炭和较软矸石，能满足采高的要求；3.刮板机要具有较大的运输能力和高的强度，能够与支架配合实现工作面的推进，能够完成作为采煤机运行轨道的功能。

一、采煤机选型及基本参数采煤机选型应考虑煤层赋存条件和对生产能力的要求，以及与输送机和液压支架的配套要求。

1.根据煤的坚硬度选型采煤机适于开采f<4的缓倾斜及急倾斜煤层。对f=1.8～2.5的中硬煤层，可采用中等功率的采煤机，对粘性煤及f=2.5～4的中硬以上煤层，采用大功率采煤机。装机功率也可按现有采煤机进行类比选取。坚固性系数f只反映煤体破碎的难易程度，不能完全反映采煤机滚筒上截齿的受力大小，有些国家采用截割阻抗A表示煤体抗机械破碎的能力。截割阻抗标志着煤岩的力学特征，根据煤层厚度和截割阻抗，选取装机功率。

2.根据煤层厚度选型

(1)极薄煤层煤层厚度小于0.8m。最小截高在0.65～0.8m时，只能采用刨煤机、爬底板采煤机。

(2)薄煤层煤层厚度0.8～1.7m。最小截高在0.75～0.90m时，可选用骑槽式采煤机。

(3)中厚煤层煤层厚度为1.7～3.5m。选择中等功率或大功率的采煤机。

(4)厚煤层煤层厚度在3.5m以上。适应于大截高的采煤机应具有调斜功能，以适应大采高综采工作面地质及开采条件的变化；由于落煤块度较大，采煤机和输送机应有大块煤破碎装置，以保证采煤机和输送机的正常工作。

3．根据煤层倾角选型按倾角分近水平煤层(<8°)，缓倾斜煤层(8°～25°)、中斜煤层(25°～45°)和急斜煤层(>45°)。骑槽式或以溜槽支承导向的爬底板采煤机在倾角较大时应考虑防滑问题。当工作面倾角大于15o时，应使用制动器或安全绞车作为防滑装置。对交流电牵引采煤机而言，如果是倾角≤15°，可选用二象限运行的采煤机；如果倾角＞15°需要选用四象限运行的采煤机。

4．根据顶底板性质选型顶底板性质主要影响顶板管理方法和支护设备选择。不稳定顶板，控顶距应尽量小，选用窄机身采煤机和能超前支护的支架；底板松软，选用靠输送机支承和导向的滑行刨煤机、悬臂支承式爬底板采煤机、骑槽式采煤机和对底板接触比压小的液压支架。

5.按采煤工作面的生产能力要求选型采煤机的生产能力应大于工作面的设计生产能力。采煤机的生产能力主要受采煤机牵引速度，以及移架速度、煤的输送能力和其他诸多因素的影响。对于日产万吨煤的高产、高效工作面，要求采煤机的实际牵引速度达到10～12m/min，其设计牵引速度约为15m/min左右或更高的牵引速度，这时可供选择的只有大功率(总功率达1200kW以上)的无链电牵引采煤机。

二、采煤机基本参数基本参数规定了采煤机的适用范围和主要技术性能，既是设计采煤机的主要依据，又是综采工作面成套设备选型的依据。

1.采高

采煤机的实际开采高度。采煤机的截割高度应与煤层厚度的变化范围相适应。采煤机总体参数与选型

采煤机说明书中的“截割高度”，往往是滚筒的工作高度，而不是真正的截割高度。考虑到顶底板上的浮煤和顶板下沉的影响，工作面实际截割高度要减小，一般比煤层厚度Mt小0.1～0.3m。为保证采煤机正常工作，截割高度H范围为Hmax=(0.9～0.95)MtmaxHmin=(1.1～1.2)Mtmin

卧底量K是滚筒处于最低工作高度时，滚筒截割到工作面输送机中部槽底以下的深度，要求一定的下切深度以适应工作面调斜时割平底板，或采煤机截割到输送机机头和机尾时能割掉过渡槽的三角煤。

采煤机总体参数与选型

2.截深

采煤机滚筒切入煤壁的深度称为截深，与滚筒宽度相适应。截深决定着工作面每次推进的步距，是决定采煤机装机功率和生产率的主要因素，也是与支护设备配套的一个重要参数。截深与截割高度关系很大。截割高度较小，工人行走艰难，采煤机牵引速度受到限制，为保证适当生产率，宜用较大截深。反之，截割高度很大时煤层容易片帮，顶板施加给支护设备的载荷大，此时限制生产率的主要因素是运输能力。

截深选择还要考虑煤层的压张效应。当被截割煤体处于压张区内时，截割功率明显下降。一般压张深度为煤层厚度的0.4～1.0倍。脆性煤取大值，韧性煤取小值。截深为煤层厚度的1/3时，截割阻力比未被压张煤的截割阻力小1/3～1/2。为充分利用煤层压张效应，中厚煤层截深一般取0.6m左右。大功率电牵引采煤机向大截深方向发展，0.9m左右，部分截深达1.2m。

加大截深目的：提高生产率，减少液压支架的移架次数。但加大截深造成工作面空顶距加大→提高移架速度和牵引速度，并做到及时支护。

采煤机总体参数与选型3.滚筒直径单滚筒采煤机一次采全高或薄煤层双滚筒采煤机：

D=Hmin—（0.1～0.3）（Hmin为最小采高）；中厚煤层使用的单滚筒采煤机

D=（0.55～0.6）Hmax（Hmax为最大采高）；双滚筒采煤机的直径应略大于最大采高之半。注意：应核算过煤高度C。中厚煤层C

250mm～300mm；薄煤层中应达到C

200mm～240mm。4.机面高度、调高范围、卧底量采煤机机面高度的确定，根据采高、顶梁厚度等，薄煤层采煤机面到支架顶梁下面一般不小于200mm。调高范围是指采煤机最大采高Hmax至最小采高Hmin之间的高度范围。工作面的煤层变化应位于采煤机采高变化范围之内。卧底量即采煤机滚筒处于最低位置时所能下切的位于底板以下矸石的深度。一般应使其为150～300mm。采煤机总体参数与选型

5.截割速度滚筒上截齿齿尖的切线速度称为截割速度。截割速度决定于滚筒直径和滚筒转速。为减小滚筒截割时产生的粉尘，提高块煤率，出现滚筒低速化的趋势。滚筒转速对滚筒截割和装载过程的影响都比较大，但是对粉尘生成和截齿使用寿命影响较大的是截割速度而不是滚筒转速。

截割速度一般为3.5～5.0m/s，少数机型只有2m/s左右。滚筒转速是设计截割部的一项重要参数。新型采煤机滚筒直径2m左右的滚筒转速多为25～40r/min左右，直径小于1m滚筒转速可达80r/min。采煤机总体参数与选型

6.牵引速度牵引速度就是采煤机沿工作面移动的速度，它与截割电动机功率、牵引电动机功率、采煤机生产率的关系都近似成正比。牵引速度上限受电动机功率、装煤能力、液压支架移架速度、输送机运输能力等限制。液压牵引采煤机截割时的牵引速度一般为5～6m/min，电牵引采煤机截割时的牵引速度一般达到10～12m/min，最高牵引速度已达54.5m/min。采煤机总体参数与选型

7.牵引力影响牵引力的因素很多。煤质越坚硬，牵引速度越高，采煤机越重，工作面倾角越大，牵引力就越大。实际选型时，精确计算牵引力既不可能，也无必要。电牵引采煤机采用无链牵引，装机功率都在300kW以上。据统计，牵引力(kN)为装机功率(kW)的0.5倍左右，个别的可增加到一倍左右。采煤机总体参数与选型

8．装机功率装机功率包括截割电动机、牵引电动机、破碎机电动机、液压泵电动机、喷雾泵电动机等所有电动机功率的总和。装机功率越大，采煤机适应的煤层越坚硬，生产率也越高。装机功率P与比能耗HW和理论生产率Qt有关：P=QtHW式中P——装机功率，kW；

Qt——采煤机理论生产率，t/h；

HW——采煤比能耗，kWh/t。采煤机总体参数与选型

比能耗越小，截割功率和牵引功率越小，装机功率越小。比能耗与牵引速度近似成反比，呈双曲线关系，牵引速度增大到一定值时，比能耗最小（A表示开采煤层的截割阻抗），块煤率更高，煤尘更少，生产率更高——最佳截割性能。

9.生产率理论生产率指在额定工况和最大参数条件下工作的生产率。Qt

=60HBvqρt/h式中H——工作面平均截割高度，m；B——截深，m；vq——采煤机截煤时的最大牵引速度，m/min；ρ——煤的实体密度，ρ=1.3～1.4t/m3，一般取1.35t/m3。技术生产率：考虑到采煤机进行必要的辅助工作，如调动机器、更换截齿、开切口、检查机器和排除故障等所占用时间后的生产率Q=k1Qt

t/h式中k1——与采煤机技术上的可靠性和完备性有关的系数，一般为0.5～0.7。实际生产率：实际使用中考虑了工作中发生的所有类型的停机时间，如处理输送机和支架的故障、处理顶底板事故等，得到的生产率。Qm

=k2Q

t/h式中k2——采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般为0.6～0.65。1.液压支架的架型选择主要考虑直接顶和老顶的级、类。选型还应考虑以下因素：1、采高2、煤层倾角3、底板强度4、瓦斯含量5、地质构造6、特殊开采要求：如分层开采、端头支护等。二、液压支架选型及基本参数采煤工作面顶板组成及其分类

一、顶板组成

采场围岩包括煤层上方的直接顶、基本顶和煤层下方的直接底板。采场围岩的机械性质和运动特征对工作面支护设备选型和支护参数选择至关重要。煤层采动后，因顶板出现变形、断裂和垮落，煤体被压松和发生片帮，支护设备的载荷增大和底板鼓起等原因引起的矿山压力显现。1-煤层2-直接顶3-基本顶Ⅰ-冒落带Ⅱ-裂隙带Ⅲ-弯曲下沉带1-煤层2-直接顶3-基本顶从开切眼向前推进，直接顶悬露面积逐渐增大，下沉和变形随之增大。当推进到初次垮落步距(从开切眼到工作面初次切顶线的距离)时，直接顶冒落，形成冒落带Ⅰ。直接顶冒落，基本顶悬露。随工作面推进，基本顶在矿压作用下不断产生裂隙和变形，形成裂隙带Ⅱ。当达到极限垮落步距时发生断裂和垮落→基本顶初次来压。随工作面推进，基本顶周期垮落。在弯曲下沉带Ⅲ，裂隙少，仅岩层间有离层现象，对支护设备载荷影响不大。

二、顶底板稳定性特征及分类

1．直接顶稳定性划分直接顶是工作面支架首要的支护对象。对直接顶的稳定性评价，是支架结构和支护参数选择的首要依据。影响顶板稳定性的主要因素：

(1)组成顶板岩石的坚硬程度和脆性特征。用单轴抗压强度表征其坚硬程度，抗拉强度反映其脆性特征。

(2)顶板岩层分层厚度和分层强度沿厚度的分布。涉及刚度较大的岩层(承载层)和刚度较小的岩层(随动层)的厚度及相对关系。

(3)顶板岩体的完整程度。以节理弱面的发育程度来表征，包括分层厚度和节理特征(密度、方向、组数)。

3个指标是反映直接顶稳定性的基本要素。从岩层控制需要出发，对直接顶的稳定性进行实用性分类。

直接顶初次垮落步距是综合反映稳定性的指标。直接顶初次垮落步距(lz)与直接顶分层厚度、岩石单轴抗压强度、裂隙密度密切相关。

直接顶稳定性分类指标项目1类(不稳定)2类(中等稳定)3类(稳定)4类(非常稳定)1a(极不稳定)1b(较不稳定)基本指标lz＜4m4m＜lz≤8m8m＜lz≤18m18m＜lz≤28m28m＜lz≤50m辅助指标

2．基本顶矿压显现分级基本顶(原称老顶)指位于煤层直接顶之上，抗弯刚度较大，较难跨落的岩层或岩层组合，其运动特征对于综采工作面支架设计和选型意义重大。基本顶断裂对工作面压力显现的影响程度取决于：

(1)基本顶初次或周期来压步距→基本顶厚度、抗拉或抗压强度及被裂隙弱化程度的综合反映。

(2)直接顶垮落后的充填程度，用直接顶厚度与采高的比值表示。

(3)采高，在直接顶厚度一定情况下，采高愈大，矿压显现愈强烈。

引入基本顶分级界限DL，得到基本顶压力显现级别相应的当量值及地质技术条件。

基本顶压力显现分级界限及相应的典型条件项目基本顶压力显现等级Ⅰ级(来压不明显)Ⅱ级(来压明显)Ⅲ级(来压强烈)Ⅳ级来压很强烈Ⅳa来压极强烈Ⅳb分级界限DL≤895895＜DL≤975975＜DL≤10751075＜DL≤1145DL≥1145典型条件区间M=1M=2M=3M=4N=1～23～4L0＜3737～41L0＜3030～34L0＜2424～27L0＜1919～22N=1～23～4L0=41～4747～54L0=34～3838～43L0=27～3131～35L0=22～2727～31N=1～23～4L0=54～7272～82L0=43～5858～66L0=35～4646～53L0=31～4141～47N=1～23～4L0=82～105105～120L0=66～8585～96L0=53～6868～78L0=47～5555～62N=1～2L0＞120L0＞96L0＞78L0＞62注：L0——基本顶初次来压步距，m；N——直接顶充填系数，为直接顶厚度与采高的比值；M——煤层开采厚度，m

长壁工作面的开采边界条件，如周围未采、一侧采空、两侧采空等因素对围岩应力及基本顶断裂步距有一定的影响，特别是当基本顶初次来压步距超过工作面长度1/2时，影响显著——进行基本顶初次来压步距等效值计算。

3．采煤工作面底板分类对综采工作面围岩控制有重要影响的是直接底板对支架的抗压入特性。底板抗压入特性分脆性、塑脆性和塑性类型。每种类型分增阻型和降阻型两类，共同特点是在支架未压入底板前，底板具有线弹性特征，具有不同的抗压缩刚度；支架或支柱压入底板后抗压缩刚度显著降低，顶板下沉显著增大。

底板类别基本指标辅助指标参考指标名称代号容许比压pp(MPa)容许刚度Sp(MPa/mm)容许单向抗压强度Rp(MPa)极软松软较软ⅠⅡⅢaⅢbpp＜3.03.0＜pp≤6.06.0＜pp≤1010＜pp≤16Sp≤0.100.10＜Sp≤0.380.38＜Sp≤0.750.75＜Sp≤1.32Rp≤8.58.5＜Rp≤13.213.2＜Rp≤19.619.6＜Rp≤29.1中硬坚硬ⅣⅤ16＜pp≤32pp＞321.32＜Sp≤2.82Sp＞2.8229.1＜Rp≤54.6Rp＞54.6

3．采煤工作面底板分类

底板分类基本原则：

根据实测的底板容许极限载荷作为基本指标、底板抗压入刚度作为辅助指标对工作面底板进行分类，依此作为支架选型和围岩可控性分类的基本依据，避免支架或支柱在相应类别工作面出现压入底板。

采煤工作面底板分类标准

在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上，综合分析不同地质条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不同支架的结构力学特征，为支架选型提供依据。液压支架选型准则液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件：①直接顶稳定性类型；②基本顶级别及相应矿压显现参数(初次和周期来压步距，来压时载荷，直接顶厚度)；③底板类别及相应的力学参数(容许载荷强度，抗压缩刚度)；④截高，煤层强度，节理方向，煤层厚度变化等；⑤煤层倾角和工作面推进方向；⑥瓦斯等级和必需的通风断面等。

特殊因素：

⑦上下部采动条件：近距煤层的采动，会导致顶底板岩层一定程度的松动，降低直接顶的稳定性、基本顶的来压强度。处理：当上部近距煤层在10m以内，有截高大于1m的煤层已采时，本煤层直接顶和基本顶类级均降低1个类级；当下部近距煤层在20～30m以内，有截高大于1m的煤层已采时，本煤层直接顶、直接底板和基本顶类级均降低1个类级处理；

⑧相邻区段或两侧开采条件：本煤层一侧开采，对其稳定性和来压强度有一定影响，但不强烈，可不考虑。如果工作面两侧已采，则对本工作面影响强烈，应对直接顶、基本顶分别降低一个类级处理。

⑨地质构造、断层、褶曲等分布和参数：对构造严重影响的区段，特别慎重支架选型。掩护支架有较高的伸缩比(2.5～3.1)，对过断层有利。可伸梁对通过破碎带有较好适应性。断层区直接顶视为极不稳定顶板。

⑩开采深度：采深增加，直接顶稳定性和基本顶来压强度会逐步降低。采取：采深每增加400m，降低一个类级近似处理。顶底板含水层：顶板含水层导致开采过程中出现顶板淋水和底板集水，减低底板抗压入强度和刚度。选型时，底板类别减低1级处理。底板含水层存在时，在采高、开采方法上加以考虑。

选型顺序：

①根据直接顶、基本顶、底板类型初步选定基本架型；

②考虑上述①～⑩诸因素选定具体结构，包括顶梁、底座、侧护结构等；

③根据地质条件和矿压显现参数，计算支架必需的支护强度和相应的额定工作阻力。

④考虑顶底板含水层条件，验算支架对底板比压或载荷强度。⑤验算通风断面、风流、风速等。如果瓦斯涌出量较大，避免用插底式支架。老顶级别ⅠⅡⅢⅣ直接顶类别12312312344支架架型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑式或支撑掩护式支撑式或支撑掩护式支撑式采高＜2.5m支撑掩护式采高＞2.5m支架支护强度/NPa采高/m12340.2940.384（0.245）0.441（0.343）0.539（0.441）1.3×0.2941.3×0.384（0.245）1.3×0.441（0.343）1.3×0.539（0.441）1.6×0.2941.6×0.384（0.245）1.6×0.441（0.343）1.6×0.539（0.441）2×0.2942×0.384（0.245）2×0.441（0.343）2×0.539（0.441）结合深孔爆破，软化顶板的等措施处理采空区单体支柱支护强度/NPa采高/m1230.1470.2450.3431.3×0.1471.3×0.2451.3×0.3431.6×0.1471.6×0.2451.6×0.343按采空区处理方法确定（1）顶板条件注：①括号内的数字是掩护式支架的支护强度。设计和选用支架时，根据实际情况支护强度允许有±5%的波动。②表中的1.3、1.6、2分别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级老顶比Ⅰ级老顶周期来压时分级增压系数。Ⅳ级老顶由于地质条件变化大，只给出了最小值2，具体数值应根据实际顶板确定。③单体支柱的支护密度，应按表中支护强度除以支柱工作阻力计算；④表中采高是指最大采高，具体采高下的支护强度可用插值法计算。（2）煤层厚度煤层厚度直接影响支架的高度和工作阻力，还影响到支架的稳定性。当煤层厚度超过2.5m时，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜选用支撑式支架。当煤层厚度达到2.5～2.8m以上时，需要选择有护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大、带有机械加长杆或双伸缩立柱的掩护式支架。当煤层为软煤时，支架最大高度一般应≤2.5m；中硬煤时，支架最大高度一般≤3.5m；硬煤，支架最大高度＜5m。

（3）煤层倾角煤层倾角主要影响支架的稳定性，倾角大时易发生倾倒、下滑等现象。煤层倾角小于10°时，液压支架可以不设防倒防滑装置。倾角在10°～15°（支撑式液压支架取下限，掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架取上限）以上时，应选用带有防滑装置的液压支架。倾角在18°以上时，应选用同时带有防滑防倒装置的液压支架。（4）底板性质底板承受支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性决定了支架底座的结构和支承面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板的允许的抗压强度（5）对瓦斯涌出量大的工作面，应符合《煤矿安全规程》要求，并优先选择通风面积大的支撑式或支撑掩护液压支架。（6）同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。支撑式液压支架最便宜，其次是掩护式液压支架，最贵为支撑掩护式液压支架。液压支架力学特征

支架型式结构特征主要力学特征对围岩适应性评价掩护式支掩式支顶式二柱支掩掩护式二柱支顶掩护式支架承载力较小，底板比压均匀，主动水平力较大支架承载力大，稳定性好，底座尖端比压较大，对顶板的主动水平力大，前端支撑力大基本顶I、Ⅱ级岩层组合适应直接顶1、2、3类，基本顶I、Ⅱ、Ⅲ级，底板Ⅱ类以上。I类底板需限制支架对底板尖端比压支撑掩护式支顶支掩支顶式四柱支顶支掩式四柱X型四柱支撑掩护式稳定性好，抗水平力强，比压均匀，但支撑能力利用率低顶梁合力调节范围大，伸缩比大，承载力高承载力大，切顶能力强，比压较均匀主要适应2、3类直接顶，Ⅱ、Ⅲ级基本顶主要适于薄煤层主要适于2、3、4类直接顶，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级基本顶，底板类别不限

2．液压支架选型建议具体条件下的液压支架选型，必须考虑直接顶类型、基本顶级别、底板类型。对典型围岩结构组合，MT554-1996《采煤工作面顶板分类》附件中提出了液压支架选型建议。直接顶类别基本顶来压级别底板类别液压支架121234ⅠⅡⅠ、ⅡⅢⅠ、Ⅱ、ⅢⅡ、ⅢⅣⅠ、ⅡⅠ、ⅡⅠ、ⅡⅠ、ⅡⅠ、ⅡⅢ、ⅣⅢ、Ⅳ支掩掩护式轻型支顶掩护式支顶掩护式支掩掩护式支顶掩护式支掩掩护式支顶掩护式支撑掩护式支撑掩护式支顶掩护式支撑掩护式支顶掩护式强力支撑掩护式(短顶梁，大流量安全阀)第二节支架架型选择

根据使用经验，在综采工作面支架选型时，注意：

(1)不稳定和中等稳定顶板优先选用掩护式支架。在底板极松软条件下，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→避免使用重型支架

(2)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，优先考虑选取支撑掩护式支架。

(3)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→掩护式支架支撑能力利用率高于四柱式(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)不稳定顶板条件下使用四柱式支架注意对机道上方的顶板控制，包括增加前柱阻力及可伸缩前梁等。第二节支架架型选择

1）支护强度和工作阻力

支护强度：支架有效工作阻力与支护面积之比。顶板所需支护强度取决于顶板等级和煤层厚度。制订不同顶板等级的支护强度标准，支护强度按规定选用或按经验公式估算K——作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取5～8；M——采高，m；ρ——岩石密度，一般取2.5×103kg/m3

2.液压支架的基本参数工作阻力P:支架支撑顶板的有效支撑力。F——支架的支护面积，m2

L——支架顶梁长度，m；C——梁端距，m；B——支架顶梁宽度，m；K——架间距，m

kN支撑效率η：——有效工作阻力与支架工作阻力之比值。

支撑式支架支撑效率为100%；掩护式和支撑掩护式支架顶梁与掩护梁铰接，立柱斜撑，支撑效率小于1，初选支架时可取80%左右。

第三节支架参数确定

2）初撑力初撑力大小对支架的支护性能和成本有很大影响。较大初撑力能使支架较快达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性。但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求提高。一般取初撑力为(0.6～0.8)倍的工作阻力。液压支架的初撑力，对支架维护顶板的性能方面，要比工作阻力（支护强度）起着更加显著的作用。有足够初撑力的支架，一开始就能和顶板压力取得平衡，可最大限度地减小顶板下沉时间和下沉量，并可迅速的压缩浮煤和刹顶木等中间介质，使支架的工作阻力较快地发挥作用，可以扩大支柱在恒阻阶段的工作时间，还可以避免直接顶的离层。初撑力偏低，要等顶板下沉时才能增阻，会增大顶板的下沉量；当直接顶、底板比较松软时，初撑力过大，会使顶板反复受拉导致直接顶蠕动，造成直接顶早剥离，使顶板管理困难，招致底板的迅速破坏。所以支架初撑力选择的合理与否，是非常重要的。

3）移架力和推溜力移架力与支架结构、质量、煤层厚度、顶板性质等有关一般薄煤层支架移架力为100～150kN；中厚煤层支架为150～300kN；厚煤层支架为300～400kN。

推溜力一般为100～150kN。

4）支架高度首先确定支架适用煤层的平均截高，然后确定支架高度。支架最大结构高度支架最小结构高度

Mmax、Mmin为煤层最大、最小截高，mm；

S1考虑伪顶冒落的最大厚度。大采高支架取200～400mm，中厚煤层支架取200～300mm，薄煤层支架取100～200mm；

S2考虑周期来压时的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底板下的浮矸之和。大采高支架取500～900mm，中厚煤层支架取300～400mm，薄煤层支架取150～250mm。2.液压支架的基本参数

支架调高范围：

——支架的最大结构高度与最小结构高度之差。调高范围越大，支架适用范围越广，但过大调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。支架最大结构高度和最小结构高度取值应符合规定。

5）支架伸缩比：支架的最大结构高度与最小结构高度之比。第三节支架参数确定

6）中心距和宽度

支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。液压支架中心距大部分采用1.5m。大采高支架为提高稳定性，中心距可采用1.75m，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1.25m。

KS值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，说明支架适应煤层厚度变化的能力超强。采用单伸缩立柱，KS值一般为1.6左右。若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱，其KS值一般为2.5左右。薄煤层支架可达3。支架宽度：——顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程170～200mm。支架中心距1.5m时，最小宽度取1400～1430mm，最大宽度取1570～1600mm。支架中心距1.75m时，最小宽度取1650～1680mm，最大宽度取1850～1880mm。支架中心距1.25m时，如果顶梁带有活动侧护板，最小宽度取1150～1180mm，最大宽度取1320～1350mm；如果顶梁不带活动侧护板，宽度一般取1150～1200mm。第三节支架参数确定

7）梁端距和顶梁长度梁端距：移架后顶梁端部至煤壁的距离。梁端距是由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离。支架高度越大，梁端距应越大。

及时支护方式，大采高支架梁端距取350～480mm，中厚煤层支架梁端距取280～340mm，薄煤层支架梁端距取200～300mm。

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、支护方式等因素制约。8）顶板覆盖率支架顶梁面积与支护面积的比值。9）底座的宽度支架底座宽度一般为1.1～1.2m。为提高横向稳定性和减小对底板比压，厚煤层支架，可加大到1.3m左右，放顶煤支架为1.3～1.4m。底座中间安装推移装置的槽子宽度，与推移装置的结构和千斤顶缸径有关，一般为300～380mm。不稳定顶板不小于85%～95%；中等稳定顶板不小于75%～85%；稳定顶板不小于60%～70%。

第四节支架受力分析支架主动支撑顶板(初撑)后处于被动承载状态，围岩与支架相互作用的载荷使支架顶梁相对底座产生下沉。

作用在支架上的垂直力和水平力是由顶板到底板和工作面到采空区的围岩位移，以及围岩对支架内力的阻力而产生的。支架的内力产生支架顶梁相对底座的运动。

支架顶梁和底座不是刚性的，直接顶和底板一般也不是刚性的——围岩与支架相互作用的边界条件相当复杂。为简化计算，假设支架横向均匀受载，简化为平面力系分析支架的受力状态。第四节支架受力分析三、工作面刮板输送机选型1．选型的原则和要求（1）按采煤工艺方法

1）大采高工作面—般生产能力较高，应选用输送能力较大的刮板输送机，如900t/h以上，以满足高产高效的要求。

2）放顶煤开采使用中、低位放顶煤液压支架时，后部输送机应选用与放顶煤支架相匹配的放顶煤刮板输送机，这种输送机的中部槽只有简单的挡煤板，无电缆架。

3）对仰采和俯采工作面宜选用较宽的中部槽，以增加采煤机的稳定性，避免采煤机向采空区或煤壁倾斜。（2）按煤层赋存条件

1）对薄煤层应选用薄煤层刮板输送机或与爬底板采煤机相匹配的刮板输送机。

2）对软底板、软煤质应采用封底溜槽，以减少推移输送机的阻力。

3）对较硬煤质条件且生产能力较小的工作面宜选用敞底式溜槽、边双链刮板输送机，因为其结构比较简单。

4）对倾角较大的工作面应在机头、机尾选用锚固装置，在中间增设防滑千斤顶的装置，中部槽间选用高强度连接装置。（3）按采煤机械的匹配要求

1）刮板输送机的输送能力必须与采煤机或刨煤机的生产能力相匹配。应使输送机的输送能力等于或大于采煤机或刨煤机的生产能力。

2）为了配合滚筒采煤机自开切口，应优先选用短机头和短机尾，但机头架和机尾架中板的升角不宜过大，以减少通过压链块时的能耗。3）在输送机靠煤壁—侧应设铲煤板或三角形铲煤结构，以清理机道浮煤。

4）为了防止采煤机掉道，在溜槽上应设有导向装置。

5）为了配合采煤机行走时能自动铺设拖移电缆和水管，应在输送机采空区—侧附设电缆槽。

6）开采较薄煤层配用骑溜式采煤机时，宜采用矮平机头、机尾。（4）按液压支架的匹配要求

1）刮板输送机溜槽及挡煤板座结构应与液压支架的架型相匹配，如插腿式、非插腿式。

2）刮板输送机溜槽的长度应与支架的宽度相匹配。

3）刮板输送机溜槽与液压支架的推移机构连接装置的间距及连接方式相匹配。

4）配放顶煤液压支架时，应考虑输送机在架前或架后连接的位置。（5）与转载机的匹配1）刮板输送机与转载机机尾的连接方式和卸载方式要匹配2）采用端卸式或侧卸式机头的结构及布置方式均应与转载机匹配（6）输送机自身的结构

1）综采工作面刮板输送机必须是可弯曲自移式。

2）要根据链条的负荷和煤质硬软情况决定链条规格和链条的结构形式（单链、边双链、中双链）。煤质较硬、块度较大时，优先选用双边链；煤质较软时，可选用单链或中双链。

3）在传动装置布置方式、电动机台数方面，应优先采用双电动机双机头驱动平行布置，为了便于采煤机工作，应尽量将传动装置布置在采空区—侧。功率很大时采用三驱动装置设计。

4）电动机宜优先选用双速电机，以改善电网的条件、简化传动装置结构、提高传动效率，这—点对重型以上刮板输送机尤为重要。

一、生产能力配套

生产能力配套原则：

工作面输送机生产能力必须略大于采煤机的理论生产率，顺槽转载机和胶带输送机的生产率大于工作面输送机的生产率，国外按大20%设计。

综采工作面设备配套（1）确定工作面所需要的生产能力t/h

QB—日生产能力，t/日；K—生产不均衡系数，K=1.1～1.25；

N——日作业班数；M——每日检修班数；t—每班工作时数；s—时间利用系数（开机率），s=0.4～0.6。（2）核算采煤机可实现的生产能力采煤机可实现的生产能力Q2可按下式计算Q2＝60υ1HBγt/h式中υ1——采煤机工作牵引速度，m/min；

H—平均采高，m；B—截深，m；γ—煤的容重，t/m3。

（3）核算刮板输送机可实现的生产能力刮板输送机可实现的生产能力Q3可按下式计算Q3＝3600Fργυ2t/h式中F——货载断面积，m2；ρ——装满系数；

γ——货载松散容重，t/m3；υ2——链速，m/s。（4）确定三机综合生产能力各单机可实现的生产能力必须等于或大于工作面需要的生产能力。如前所述，输送机生产能力要比采煤机生产能力大20%。总之：应保证Q3＞Q2＞Q1。2．工作面“三机”性能配套（1）性能配套的要求工作面“三机”性能配套，主要解决采、支、运三种设备性能间的相互配合，避免运转时的相互制约问题，以充分发挥设备性能的效用，最大程度地满足综采生产能力的要求。（2）性能配套上应注意的问题

1）采煤机自开切口的摇臂长度与刮板输送机机头、机尾的长度相适应。

2）采煤机卧底深度要求与刮板输送机机头、机尾高度相适应。

3）采煤机行走机构与刮板输送机的铲煤板、导向、牵引啮合方式的对应和其强度的适应。

4）液压支架的底座和推移装置与输送机的机头、机尾和中部槽的连接位置设置以及强度相适应。

5）液压支架的移架速度与采煤机的割煤速度相适应。

6）刮板输送机、液压支架的防滑性能与煤层倾角大小相适应。

7）采煤机的采高与液压支架的高度相适应。8）采煤机的截深与液压支架的步距相匹配。3．工作面“三机”几何尺寸配套支架前柱到煤壁的无立柱空间宽度F应愈小愈好

F=B＋e＋G＋xB—截深，即采煤机滚筒的宽度；e—煤壁与铲煤板之间的空隙距离，为了防止采煤机在输送机弯曲段工作时滚筒切割铲煤板，e＝120～250mm；x—立柱斜置产生水平增距，它可由立柱倾角计算出来；G—输送机宽度，其组成为G＝f＋S＋a＋b；f—铲煤板的宽度，一般为160～300mm；

S—输送机中部槽宽度，由输送机型号决定；

a—电缆槽和导向槽宽度，通常约为300mm；

b—前柱与电缆槽之间的距离。为了避免输送机倾斜时挤坏电缆并保证司机的操作安全，通常此距应大于200～400mm。D—无支护带（即端面距），此处间隙约为200～400mm

在空间高度上，支架安全配套高度H为：H=A＋C＋t

t——在采煤机上部的支架顶梁厚度；

A——采煤机机面高度。

C——安全高度，最低采高时一般不小于200～300mm。图中过煤高度E一般要保证＞250～300mm；

二、移架速度与牵引速度配套液压支架沿工作面长度的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速度，否则采煤机后面的空顶面积将增大，易造成梁端顶板的冒落。Qb——泵站流量，L/min；ΣQi——一架支架全部立柱和千斤顶同时动作需液体容积，L；

A——支架中心距，m；K——从泵站到支架间管路泄漏损失系数，取1.1～1.3。移架速度vy估算移架速度计算值必须大于采煤机的最大工作牵引速度。

第六节