液压支架选型

1、第四章 顶板分类与液压支架选型,第一节 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。它们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,随着采煤工作面从开切眼向前推进，采空区直接顶悬露面积逐渐增大，其下沉和变形也随之增大。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，直接顶开始冒落，形成冒落带。直接顶冒落后，基本顶悬露出来。随着工作面向前推进，基本顶在矿压作

2、用下不断产生裂隙和变形，形成裂隙带。当达到极限垮落步距时发生断裂和垮落，即基本顶初次来压。以后随着工作面推进，基本顶呈周期垮落。在弯曲下沉带中，裂隙很少，仅岩层间有离层现象，它对支护设备的载荷影响不大。,-冒落带； -裂隙带； -弯曲下沉带,第一节 采煤工作面顶板组成及其分类,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

3、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。,第一节 采煤工作面顶板组成及其分类,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,第一节 采煤工作面顶板组成及其分类,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

4、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 。,第一节 采煤工作面顶板组成及其分类,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,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,第一节 采煤工作面顶板组成及其分类,长壁工作面的开采边界条件，如周

5、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。,第一节 采煤工作面顶板组成及其分类,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，

6、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,第一节 采煤工作面顶板组成及其分类,第二节 液压支架架型选择,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。 国内外在中厚煤层液压支架选型与合理参数确定方面进行了许多研究，在缓倾斜煤层顶板分类标准中推荐了液压支架的选型标准。但对于厚煤层、特厚煤层一次采全高工作面液压支架合理参数的确定还没有相应的理论和方法。 岩层移动规律和支架-围岩关系研究是进行支护理论研究和液压支架选型设计的基础。,一、

7、围岩可控性分组 根据直接顶类别、基本顶压力显现级别和底板抗压入特性类别的不同组合，回采工作面围岩的控制难易程度分3组：难控围岩、较难控围岩和易控围岩液压支架结构选型和制定相应的岩层控制措施。,围岩可控性分组,第二节 液压支架架型选择,围岩可控性分组,G11为基本顶来压非常强烈，直接顶中等稳定以上，底板中硬以上的围岩组合；G12为直接顶不稳定和直接底为松软及较松软，基本顶来压等级为不明显至强烈的组合；G2为底板松软，直接顶和基本顶处于中间状态的组合；G3为顶、底板均处于中间状态，易于控制的围岩组合。 上述组合类别是支架架型选择的重要依据。,第二节 液压支架架型选择,二、液压支架架型选择,支架架型

8、选择一般要根据给定的顶、底板条件，考虑不同架型和结构的支架围岩力学相互作用、支撑力、底板比压等特点，对掩护式和支撑掩护式液压支架进行比较。,1液压支架的力学特征,第二节 液压支架架型选择,液压支架力学特征,第二节 液压支架架型选择,2支架选型要素,第二节 液压支架架型选择,3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。,第二节 液压支架架型选择,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

9、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 液压支架架型选择,一、支架高度 首先确定支架适用煤层的平均采高，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、

10、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200400 mm，中厚煤层支架取200300mm，薄煤层支架取100200mm； 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500900mm，中厚煤层支架取300400mm，薄煤层支架取150250mm。,第三节 液压支架参数确定,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。,支架伸缩比： 支架的最大结构高度与最小结构高度之比。,第

11、三节 液压支架参数确定,二、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58； M截高，m； 岩石密度，一般取2.5103kg/m3,第三节 液压支架参数确定,支架支撑顶板的有效工作阻力,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,第三节 液压支架参数确定,支撑效率： 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

12、接，立柱斜撑，支撑效率小于1，初选支架时可取80%左右。,三、中心距和宽度 支架中心距一般等于工作面一节中部槽长度。 目前液压支架中心距大部分采用1.5m，高端液压支架采用1.75m，7m采高液压支架中心距为2.05m，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。,第三节 液压支架参数确定,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170200 mm。支架中心距1.5m时，最小宽度取14001430mm，最大宽度取15701600mm。支架中心距1.75m时，最小宽度取16501680mm，最

13、大宽度取18501880mm。支架中心距1.25m时，如果顶梁带有活动侧护板，最小宽度取11501180mm，最大宽度取13201350mm；如果顶梁不带活动侧护板，宽度一般取11501200mm。,第三节 液压支架参数确定,四、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(0.60.8)倍的工作阻力。,五、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100150kN；中厚煤层支架为150300kN；厚煤层支

14、架为300400kN。 推溜力一般为100150kN。,第三节 液压支架参数确定,六、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。,当采用即时支护方式时 ，大采高支架梁端距取350480mm，中厚煤层支架梁端距取280340mm，薄煤层支架梁端距取200300mm。 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。减小顶梁长度，有利于减小控顶面积，增

15、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。,第三节 液压支架参数确定,第四节 综采工作面设备配套,综采工作面设备的合理选型配套，是充分发挥设备生产效能，保证工作面高产高效和经济安全生产的基本前提。综采工作面成套设备是结构上相互联系、功能上相互配合、运动上协调一致的有机整体。,一、综采工作面设备选型配套基本原则 (1)必须与开采煤层的地质条件相适应。选用的设备必须与工作面特定的煤层条件相适应，并考虑矿区范围内具有一定的通用性，这是综采工作面设备选型配套最基本的要求。,(2)能满足工作面生产能力的需要。主要是指采煤机生产能力和液压支架的推移速度与工作面生产任务的要求相适应，与采

16、煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、平巷带式输送机的能力相互配套。 (3)设备结构性能和主要技术参数必须相互匹配。主要是指工作面刮板输送机、液压支架和采煤机的空间结构参数必须相互匹配，空间运动特性必须相互协调，自动化程度和可靠性等也要相互匹配。 (4)综采设备选型配套应与矿井的煤炭运输、通风、辅助运输等系统能力相适应。 (5)配套设备的整体可靠性与生产能力相适应。提高配套设备的整体可靠性是减少综采工,第四节 综采工作面设备配套,二、综采设备生产能力配套 (1)采煤机生产能力与工作面的生产任务要求相适应。 (2)刮板转载机输送能力大于工作面输送机的能力。 (3)刮板输送机输送能力大于采煤机生产能力

17、。 (4)破碎机破碎能力与工作面生产中可能出现的大块煤、岩等状况相适应。 (5)带式输送机输送能力大于刮板转载机输送能力。 (6)液压支架移架速度与采煤机牵引速度相适应。 (7)乳化液泵站输出压力与流量满足液压支架初撑力及其动作速度要求。 (8)液压支架移架方式与综采工作面生产能力相适应。 (9)平巷、上(下)山运输系统以及采区车场能力和综采工作面生产能力相适应。 (10)综采工作面生产能力和供风量一致。,第四节 综采工作面设备配套,三、综采设备性能配套 综采工作面设备性能配套，主要解决各设备性能间相互制约问题，从而充分发挥设备性能，以满足生产需要。 (1)输送机与采煤机性能配套 工作面输送机

18、的结构形式及附件必须与采煤机的结构形式相匹配，如采煤机的行走机构、底托架及滑靴的结构与输送机槽的匹配效果，电缆及水管的拖移方法，采煤机摇臂与输送机机头、机尾的匹配满足自开切口的需要，以及是否连锁控制等。 (2)输送机与液压支架性能配套 输送机的中部槽与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接机构相匹配。 (3)采煤机与液压支架性能配套 采煤机采高范围与支架最大/最小结构尺寸相适应。 采煤机截深与支架推移步距相适应。,四、综采设备的几何尺寸配套 为了在保证安全生产的前提下充分发挥综采工作的最大生产能力，采煤机、刮板输送机和液压支架(简称“三机”)之间在工作面空间尺寸方面，也必须互相匹配协调，才能

19、从根本上保证适应采煤生产的需要。,1综采工作面设备纵向配套尺寸 (1)采煤机的几何尺寸 采用不同高度的底托架，采煤机可以获得不同的机面高度，以适应不同的截割高度范围。采煤机的截割高度计算式中参数均可在产品说明书中查到。 为适应煤层厚度的变化，采煤机最大与最小截割高度之比应为1.62.0。,第四节 综采工作面设备配套,(2)支架支撑高度H与采煤机机面高度A之间关系 当采煤机处于支架最小支撑高度Hmin情况下，其机面至支架顶梁底面仍要保持一个过机高度Y值，通常Y200mm。,顶梁厚度，mm。,第四节 综采工作面设备配套,若机面高度A过大，超过了支架最小支撑高度，煤层变薄时支架可能降不下来，采煤机就

20、会截割顶板；若A过小，则导致采煤机底托架与输送机机槽间的过煤高度h值过小，煤流通过困难。 综合两方面考虑，应保证过煤高度大于250300mm，以便煤流顺利从采煤机底托架下通过。,第四节 综采工作面设备配套,(3)采煤机的下切深度 采煤机滚筒的下切深度大小表示采煤机对底板平整性以及对输送机机槽歪斜的适应能力。工作面推进中如果遇有底板鼓起或浮煤垫起而使输送机槽向采空侧倾斜时，由于采煤机具有下切能力，而仍能割至底板。同时，下切能力也是采煤机过地质构造、仰斜或俯斜开采以及将底板割成平缓平面所必需的。 采煤机的最大下切深度K可按式(2-4-12)和(2-4-13)计算。若计算出的值为负数，表示割至输送机

21、槽底面以下的深度；若是正值，则表示采煤机不能下切。,第四节 综采工作面设备配套,(4)采煤机底托架高度 采煤机底托架高度U影响到最大截割高度、机面高度、过煤高度和下切深度。U可用下式表示(式中s为输送机槽高度),采煤机说明书中，列有几种机面高度或底托架高度，以供用户选择。底托架高度U太小，过煤高度h太低，会造成机身下面的煤流堵塞。中厚煤层 h250300mm，薄煤层h200240mm，最小不小于140160mm。,第四节 综采工作面设备配套,(5)摇臂升角 摇臂升角是影响截割高度的重要参数之一，升角增大，截高增大。 升角过大时，会使滚筒中心至机身端部的水平距离过小，从而使较多的割落煤不是在机身

22、端部以外装入中部槽，而是在机身的煤壁侧装入中部槽，导致装煤效果差，较多的煤落在采煤机机面上，操作不安全。,第四节 综采工作面设备配套,2综采工作面设备横向配套尺寸 综采工作面的机道宽度就是割煤并移架后从支架前柱中心线至煤壁的距离，因此，综采工作面机道宽度就是无立柱空间宽度R。采用及时支护的综采工作面机道宽度应包括一个截深的宽度。,第四节 综采工作面设备配套,为了减小无立柱空间宽度R，保证铲煤板端与煤壁间距离E及采煤机电缆拖移装置对准输送机的电缆槽，采煤机的机身中心线常相对于输送机中部槽中心线向煤壁方向偏移一距离e，其大小随机型而定。 从安全的角度出发，无立柱空间宽度R越小越好。为了防止移架后支

23、架前柱与电缆槽相碰和保证采煤机司机的人身安全，前柱与电缆槽之间必须留有间隙，一般取X=150200mm。 根据安全规程的规定，人行道宽度K700mm，人行道的位置可设在前后柱之间，也可设在前柱与输送机之间，因设备而异。在薄煤层中，人行道高度应大于400mm。,第四节 综采工作面设备配套,从顶梁尺寸看，RL+C，L为顶梁悬臂长度，C为梁端距。梁端距越小越好，以增大支架对顶板的覆盖率，但由于底板沿走向起伏不平会导致上滚筒倾斜而截割顶梁，因此必须保持一定的梁端距，一般C250350mm(薄煤层取小值)。顶梁后部尺寸N与支架结构有关。 推移液压缸的行程应较截深大100200mm，以保证在液压支架与输送机不垂直时也能移输送机、拉架够一个截深。,第四节 综采工作面设备配套,五、综采设备寿命配套 综采设备寿命配套是指各种设备大修周期从理论上讲应相接近，