液壓支架選型設計說明

1、指導教師:完成日期:2014/12/29工程技術大學采掘機械綜合訓練題目：液壓支架選型設計班 級：礦電11-姓 名：師建國綜合訓練任務書、設計任務及要求 根據所給原始數據進行液壓支架選型的詳細計算；.編寫綜采工作面液壓支架選型設計說明書； 采煤設備與工作面綜采設備配套關系圖設計原始數據及條件：煤層厚度截割阻抗A（N/mm）煤層 傾角頂板條件工作面長度（m）設計產量（萬 T/a ）生產安排HmaxHmin老頂直接頂3.11.635011級3類125801. 一年工作日按 300 天計算2. 實行三班工作制， 兩班采煤，一班準備， 每天生產16小時。二、上交材料 設計圖紙（綜采工作面設備配套關系圖

2、）設計說明書三、進度安排（參考）熟悉設計任務，收集相關資料擬定設計方案繪制圖紙編寫說明書整理及答辯四、成績評定成績：教 師日 期目錄1 液壓 支架 選型的基 本原 則 - 0 -2 確定 液壓 支架架型 - 0 -2.1 頂 板 分類 （級 ） - 0 -2.2 架 型 與支 護強 度初 選 - 1 -3 主要 參數 計算和支 架型 號的 確 定 - 1 -3.1 支 架 高度 - 1 -3.2 支 架主 要結構 確定 33.2.1 頂 梁長度 33.2.2 底 座的寬 度 - 4 -3.2.3 支 架中心 距 確定 - 4 -3.2.4 支 架移駕 步 距確定 - 4 -3.3 支 護 強度

3、 和工 作阻 力 - 4 -3.4 初 撐 力 73.5 移 架 阻力 及推 溜力 73.6 確 定 支架 類型 74 性 能 驗算 - 7 -4.1 頂 板 支護 形式 84.2 底 板 比壓 84.3 工 作 阻力 （支 護強 度） 和初撐 力的驗算 94.4 頂 板 覆蓋 率 94.5 通 風 斷面 計算 104.5.1 按工作面 溫度計算 風量 - 10 -4.5.2 經驗供風 - 10 -4.5.3 風速計算 - 13 -5 支架 布置 臺數 116 乳化液泵 站的選型 - 10 -6.1 乳化液泵 - 13 -6.1.1 泵站壓力 的確定 - 15 -6.1.2 泵站流量 確定 -

4、 13 -6.1.3 選擇乳化 液泵 146.2 乳化液泵 的電 機功率 - 10 -6.3 乳化液箱 容積 的驗算 - 13 -6.4 乳化液 167 設備的空 間尺寸配 套關系 - 10 -參 考 文 獻 - 13 -1. 液壓支架選型的基本原則要頂 得住，它的初撐力 和工作阻 力要適應 直接 頂和老頂 巖層移 動 所產 生的 壓力 （包 括二 次來壓 ），使控 頂區(qū)的 頂板 下沉 量限 制到 最 小程度。要移得走，它的結構形式和支護特性，要適應直接頂下部巖層 的冒落特點，尤其要注意頂板在暴露后尚未支護情況下的破碎狀態(tài)， 要盡量保持該處頂板的完整性。支架底座要適應底板巖石的抗壓強 度， 以

5、防底軟而使支架陷入底板。要適應采高變化和按煤層傾角考慮的對支架穩(wěn)定性的要求。要滿足通風（尤其是高瓦斯工作面）和行人的需要，以及要和 采煤機、運輸機配套。要考慮投資，力求以較低的投資獲得所需的技術經濟效果。支 架復用次數高， 損壞情況少， 即能降低噸煤成本。按開采技術特點，可將煤層厚度分三類：薄煤層-從最小可采 厚度到1.3m ；中厚煤層-1.33.5m；厚煤層-大于3.5m。按開采技術特點 ， 將煤層傾角分為三 類： 緩傾斜煤層-0 25 ;傾斜煤層-25 45 ；急傾斜煤層-45 90 。傾角小于 12的 煤層對于綜采機械化來說，最為有利，一般可以不考慮設 備自重分力的影響。煤層傾角加大，會

6、使采煤機上行采煤時的牽引阻 力加大，并造成機器下滑的危險；使支架的橫向穩(wěn)定性變壞，甚至下 滑、傾倒； 輸送機也會下滑， 給采煤工作造成困難。2. 確定液壓支架架型按頂板分類方案對液壓支架的架型進行初選。根據煤炭部（ 81）煤 科字第 429 號文件關于緩傾斜煤層工作面 頂 板分類方 案 ，按 穩(wěn)定 性不同直 接頂 分為四類 ，按 來壓 強度不同 將 老頂分為四級， 并分別提出相應的架型、支護強度和頂板管理方法。2.1 頂 板 分類（ 級 ）直接頂分為四類， 見表 2-1 。老頂分為四級，見表2-1表2-1rs舟a1*I 11I1元僅*空區(qū)程卍N 襯 H1朝歸 7Lt 16-5(13百-不宦廉板

7、中蛍度71-KOltl巖齊的單冋就圧廻匱 :別卵MI%節(jié)矗 聞詛恥券慮便大于1皿 魁1歯罟顯is2.2架型與支護強度初選正確選擇支架的架型，對于提高綜采工作面的產量和效率，充分 發(fā)揮綜采設計的效能，實現高產高效，是一個很重要的因素。本礦煤層賦存條件較好，煤層傾角11 ，為緩傾斜煤層，煤層截 割阻A=350N/mm,煤層厚度適中為3.1m，井型為中型礦井，工作面設 計長度為125m，設計能力為80萬t/a，直接頂為3類中等穩(wěn)定頂板， 老頂為川類頂板，周期來壓明顯，要求工作面支護強度較大（見表 2-1 ）。綜上所述，選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式支架。由于 煤層傾角小于15 ，不設防滑和調架

8、裝置。3. 主要參數計算和支架型號的確定3.1支架高度支架高度一般系指支架的最大和最小結構高度，它必須適應煤層 采厚變化所要求的最大和最小支撐高度。最小高度過大，可能會出現壓架現象；最大支撐高度過小，可能會造成丟煤浪費資源，或支架頂 空現象。支架的最大和最小支撐高度，應根據煤層厚度的變化合理選 擇，片面地認為調高圍越大越好，過加大調高圍將增加設備重量及制 造成本。支架高度可由下式計算：H max = h大 Si +0.2H min = h小-S2 a c式中：H皿縱-支架最大結構高度，ni;Hmin-支架最小結構高度，mi ;h大煤層最大采冋，3.1m；h小煤層最小采冋，1.6m;Si- 支架

9、前柱上方頂板下沉量，一般取0.1m ;S2- 支架后柱上方頂板下沉量，一般取0.2m ;a- 支架前移時可縮余量，一般取不小于0.05m ;C - 支架與頂底板間的浮煤，破矸厚度一般取0.1m。即：H max=3.2m ,H min =1.25m。根據一些生產的實際經驗，為防止偽頂冒落而引起支架頂空現象和一些難于預見的因素，最大結構高度Hmax，要在計算的基礎上，再考慮增加0.10.3m 的富 裕量。取 Hmax=3.3m ,H min =1.25m。確定支架的最低高度時還應考慮到井下的允許運輸高度。支架的伸縮比K 旦=2.64S HminKs值的大小反映了支架對煤層厚度變化的適應能力，其值越

10、大， 說明支架適應煤層厚度變化的能力超強。3.2 支架主要結構確定3.2.1 頂梁長度頂梁長度取決于必要的作業(yè)空間和通風斷面要求，還與支架方式 有關。支護方式有超前支護和滯后支護兩種方式。根據選定的掩護式架型和超前支護方式，估算支架的頂梁長度，如圖4-2所示biy d a H tg c=200+1350+900+400-3100 X tg20-300=1421.69mm式中：-鏟煤板鏟尖到煤臂的距離，取100200m m （具體大小也可計算）；y =F+G+J+V=200+350+400+400=1350mm式中：F鏟煤板寬度，一般取150240mm；G中部槽寬，350mm；J 導向槽寬度，無

11、鏈牽引時尚有齒軌部分寬度；V電纜槽寬。參數查不到時可估算V=350450mmd- 超前移架時取截深；滯后移架時可取零；e-人行道寬度，不小于0.6m，高度不小于采高的70 %;H 米咼，mi ； 立柱傾角；c 梁端距，取250350mma-由結構而定，考慮支架穩(wěn)定性和減少底座前端的比壓。a 300mm；b2通常b2=o.91.2m，在中厚煤層中可設置為人行道；b3 -由結構而定，一般情況為300 500 mm。頂梁全長：I b b2 b3=1421+1000+400=2821mm=2.8m注：頂梁的長度和寬度取決于支架的類型，它影響支架與頂板的 接觸性能、控頂距、移架速度和穩(wěn)定性，一般在保證一

12、定的工作空間 和合理布置設備的前提下，應盡量減小頂梁長度，以縮小控頂距和支 架的重量。對于支撐式和支撐掩護式支架，由于立柱為雙排布置，支 撐力較大，故這類支架的頂梁較長，當采用滯后支護時，頂梁全長為 2.5m左右；當采用及時支護時，頂梁全長為3.04.0m。對于掩護式 支架，由于一般用于破碎頂板，應盡量減小支架對頂板的重復支撐次 數，加之立柱多為單排布置，故頂梁長度較小，通常1.52.5m，最大 達3 m左右。頂梁的寬度應根據支架間距和架型來定。我國規(guī)定支架 標準中心距為1.5m。掩護式和支撐掩護式支架包括側護板在的頂梁寬 度為1.41.6m（下限為側護板收縮時的運輸寬度，1.5m為支架的正常

13、 寬度，1.6m為調架時側護板伸出后的最大寬度）。垛式支架的架間距 一般為 0.10.2m。3.2.2 底座的寬度支架底座寬度一般為1.11.2m。為提高橫向穩(wěn)定性和減小對底板 比壓，厚煤層支架，可加大到1.3 m左右，放頂煤支架為1.31.4m。 底座中間安裝推移裝置的槽子寬度，與推移裝置的結構和千斤頂缸徑 有關，一般為300380mm。3.2.3 支架中心距確定支架中心距有1.25m，1.5m，1.75m，2.05m，與刮板輸送機溜槽 長度相適應。取1.5m。3.2.4 支架移駕步距確定與配套采煤機截深相對應，推移裝置的行程要大于采煤機的截深 （0.6m）。3.3支護強度和工作阻力支架的結

14、構尺寸確定之后，與支架重量和成本關系最大的參數是 支架的支護強度。從理論上分析，合理的支護強度應正好與頂板壓力 相平衡。支護強度過大，不僅增加支架重量和設備投資，而且給搬運、 安裝帶來困難；過小則會造成頂板過早下沉、離層、冒落，使頂板破 碎，造成頂板維護困難。因此支護強度的大小應取決于工作面采場礦 壓的大小。但由于目前對采場礦壓的大小還不能進行準確的定量計 算，這樣目前主要以經驗法或實測數據，來確定支架的支護強度。下 面介紹兩個經驗公式：q H q（K 1） cos2式中：q液壓支架的支護強度，T/mH 平均采高，取H=2.3m ；3 頂板巖石容量，一般取=2.3 T/m ;K- 頂板巖石破碎

15、膨脹系數，一般取1.21.5 ;- 工作面傾角，=11 ;支架取1.2 （取 =1.6 ）;頂板周期來壓動載系數(周期來壓強烈頂板：q取1.5 1.7 0 ) 0即：50.97 T m2式中：K 作用于支架上的頂板巖石系數，取k=8 oH平均采高，取H=2m33頂板巖石密度，一般取2.3 X 10 kg/m o535即：q KH 108 2 2.3 10100.37 Mpa取 q=0.37( Mpa)。支架工作阻力P應滿足頂板支護強度要求，即支架工作阻力由支 護強度和支護面積所決定。P qF 103,kN2式中 F 支架的支護面積，m 可按下式計算2F (L C)(B KJ (L C)gA,m

16、式中：L 支架頂梁長度，3.5m ;C梁端距，取250350mm;B支架頂梁寬度，m；k架間距，mA支架中心距，1.5m F=(3.5+0.3) X 1.5=5.7(m2)3P=0.37 X 5.7 X 10 =2109(kN)對支撐式支架，支架立柱的總工作阻力等于支架工作阻力。對于 掩護式和支撐掩護式支架，由于受到立柱傾角的影響，支架工作阻力 小于支架立柱的總工作阻力。工作阻力與支架立柱的總工作阻力的比 值，稱為支架的支撐效率n。所以支架立柱的總工作阻力p總為：P總衛(wèi),kN支撐式支架的n =100%，支掩護式和支撐掩護式支架取n =80%左3.4 初 撐 力初撐力 的大小是 相對 于支架的

17、工作阻力 而言 ，并與頂板的 性質 有 關。液 壓支架的初撐力，對 支架維護頂板的性能方面，要 比工作阻力 （支護強度）起 著更加顯著的作用。有 足夠初撐力的支架，一開始就 能和頂板壓力取得平衡，可最大限度地減小頂板下沉；初撐力偏低， 要等頂板下沉時才能增阻，會 增大頂板的下沉量；初 撐力過大，會 使 頂 板反復受 拉導致直 接頂 蠕動，造成直接 頂早 剝離，使頂板管 理困 難。 所以支架初撐力選擇的合理與否，時非常重要的。目前在堅硬、中 硬和破碎的頂板條件下，多 趨向于采用較高的初 撐 力。現 在支架的設計 中初 撐力，已高 達工作阻 力（支 護強 度）的 90 以 上 。 根 據 有 關

18、資 料 介 紹 ， 初 撐 力 與 支 護 強 度 的 比 例 關 系 ， 即 = 初 撐 力強度/支護強度，以頂板的的穩(wěn)定性不同，一般在6085 %區(qū)選取 為宜。在確定出撐力時，可按以下原則考慮：對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂 板，為了維護機道上方的頂板，應取較高的初撐力，約為工作作阻力 的 80%；對于穩(wěn)定頂板，初撐力不易過大，一般不低于工作阻力的 60%； 對于周期來壓強烈的頂板， 為了避免大面積垮落對工作面的動載威 脅， 應取較高的初撐力， 約為工作阻力的 75%。綜合考慮， 取初撐力約為工作阻力的 75%， 為 1977.19kN.3.5 移 架 阻力及 推 溜力移架阻力與支架結構、噸位、支

19、撐高度、頂板狀況是否帶壓移架 等因素有關，通常根據煤層的厚度來考慮，即采高愈大，移架阻力愈 大。一般薄煤層支架的移架力為 100150kN ；中厚煤層支架為 150300kN ；厚煤層支架為 300400kN 。綜合考慮， 取推溜力為 300kN。3.6 確 定 支架型 號綜合以上所確定的架型和計算的參數，根據支架技術特征表選擇 ZZ4000/12/35 型支撐掩護式支架。其技術特征參數如表 3-1 。注：采高達到2.52.8m 以上時，需要選擇帶有護幫裝置的液 壓支架。要考慮是否需設防倒防滑裝置。我國緩傾斜煤層工作面頂板 分類方案中規(guī)定：煤層傾角大于 15， 支撐式支架應帶有防滑裝置； 煤層

20、傾角大于 18，掩護式和支撐掩式支架應帶有防滑，防倒和 調架的裝置；考慮到支架對底板的最大比壓， 防止支架底座會被壓如底板。支撐高度(m)中心距(m)工作阻力(kN)初撐力(kN)支護強度(Mpa)地板比壓(Mpa)質量(t )適應角度1.23.51.5400024000.670.99.258三35 4. 性能驗算4.1頂板支護形式工作面頂板支護采用所選液壓支架。上下端頭和兩巷超前支護可 采用液壓單體支柱配合n型梁架棚支護，超前支護距離不得小于20m。上下端頭也可采用端頭支架，過渡支架支護，液壓支架還要考慮 機頭，機尾架各需要3架。4.2底板比壓頂板壓力是通過頂梁、支柱傳到底板的，如底板的抗壓

21、如強度小 于支架所要求的抗壓強度，則支架底座會被壓入底板。因此，合理的 選擇支架對底板的最大比壓(支架技術特征表中可查)，是支架選型 中一個很重要的指標，特別對于底板松軟的工作面更為重要，必要時 應進行測定和計算。計算公式如下：q qm Ki K2式中：q 實測底板的最小抗壓入強度，kg /cmKl -一- 底板載荷集中系數，一般取3;K2- 灑水影響系數，一般取1.21.6 ;2qm 支架對底板的最大比壓，350 kg/ cm2q qm K1 K2=350 X 3X 1.2=1260 ( kg/cm )表4-1 我國煤田一般頂底板單軸抗壓強度試驗數據巖石類別抗壓強度(kg/cm2)細砂巖10

22、601460砂巖類中粒砂巖875-1360粗砂巖580-1260粉砂巖370560礫巖類沙礫巖710-1240礫巖820960頁巖類砂質頁巖400920礫巖190400灰?guī)r石灰?guī)r540-16104.3工作阻力（支護強度）和初撐力的驗算對于掩護式和支撐掩護式支架、立柱，多為傾斜布置。因此，工 作阻力和初撐力隨支架的工作高度的不同而不同。高度大，支撐力大， 支架的技術特征大多給出的是最大值（在最大高度下）。為此，對于 立柱傾角比較大時，需驗算該支架用于這個采高下的工作阻力和初撐 力，即：所選定的支架在3.1采高時的支撐力（0.67Mpa ）計算值 （0.37Mpa ），滿足要求。4.4頂板覆蓋率支

23、架頂梁對支護面積的覆蓋率為BL(L C)(B Ki)100%式中：覆蓋率;頂梁寬度，1.6m;K1支架間距，0.1m;頂梁長度，3.0m;梁端距，0.3m;K1 :有側護板的支架取0.1m，無側護板的支架取0.10.2m。:覆蓋率應符合頂板性質的要求，一般不穩(wěn)定頂板不小于85%95%;中等穩(wěn)定頂板不小于75%85% 穩(wěn)定頂板不小于60%70%。100% =85%(L C)(B KJ由于本煤層屬于穩(wěn)定頂板，即覆蓋率滿足要求4.5通風斷面計算通風的目的是為了沖淡有害氣體，達到安全生產以及保證工作面 適宜的氣象條件。綜采面的風量計算較為復雜，牽扯因素也比較多， 常用的簡化算法有：按沼氣涌出量計算；按

24、工作面溫度計算。而在實 際中，一些礦井的綜采面采用經驗供風。4.5.1 按工作面溫度計算風量回采工作面應有良好的勞動氣象條件，其溫度和風速應符合表 4-2的要求（煤礦安全規(guī)程1986年版）。長壁工作面實際需要風量，按下式計算：3Q采 60 V采 S采m /min式中：S -回采工作面的平均斷面積?？砂醋畲蠛妥钚】仨?斷面積的平均值計算，mS采=H采 采式中：H采 平均采高，2.3m采有效通風斷面系數，取0.80S采=2.3 X 0.80=1.84( m2)表4-2回采工作面空氣溫度與風速對應表空氣溫度C風速V采v 150.3 0.515 180.5 0.818 200.8 1.020 231.

25、0 1.523 261.5 1.8回采工作面允許極限風速最低風速m/s最高風速m/s0.254.04.5.2 經驗供風工作面的風量：對采高為22.5m時，其風量為400500 m /min。 其他采高下的風量可按比例選取。則采高為1.63.1m時，所需風量 約為Q采x,則有：1.6 3.1Q采x22.5400 500則:Q采x =510 590 m3 / min。4.5.3風速的驗算V采=m/s=3.35m/s60 S采滿足煤礦安全規(guī)程的規(guī)定5支架布置臺數L n =A式中：n-支架布置臺數；L- 工作面長度，125m；A 一臺支架支護寬度，通常為1.5m即：n=125/1.5=83.36乳化液

26、泵站的選型6.1乳化液泵乳化液泵站是采煤工作面液壓支架的動力源，一般由兩臺乳化液 泵、一個或兩個乳化液箱，以及相應的電機、電控、保護原件所組成。在選擇泵站時主要的指標是滿足液壓支架所要求的泵站工作壓 力，以保證支架有足夠的初撐力。另外，為保證液壓支架的升降和工作面的支護速度，乳化液流量也是一個重要的因素。目前泵站的乳化 液流量有逐漸向大流量發(fā)展的趨勢，以獲得較高的支護速度。6.1.1 泵站壓力的確定根據初撐力的要求Po KMPaD2 n4式中：Po確定的支架初撐力，1977kN ；支架立柱缸徑，0.30m ；支架立柱個數n=4 ；考慮到立柱傾斜布置等因素的修正系數，K cos為立柱傾斜角度75

27、 ；由初撐力確定的泵站壓力。則：Pb =27.02MPa溜力的計算應根據支架所采用的推拉方 如：框架式推拉方式，則有：巳=旦嚴2MPa據拉架力和推溜力的要求 拉架力和推式具體考慮。例式中：P拉確定的拉架力，200kN ；D1 推拉油缸缸徑，0.20m ；Pb由拉架力確定的泵站壓力，N。則：Pb =11.0MPaPb =MPa2 2 -（D1 d2）4式中：P推 -確定的推溜力，300kN ;d -推拉油缸活塞桿直徑，0.1m ;Pb由推拉力確定的泵站壓力。則：Pb =26.79MPa即：Fbmax=MAX 27.02 , 11.0 , 26.79 =27.02MPa。再考慮壓力損失，得所需的泵

28、站壓力Pb:Pb Rmax % =29.72MPa（壓力損失系數心=1.11.2 ）6.1.2 泵站流量確定確定的原則是：液壓支架的移架速度采煤機的工作牽引速度（這 樣才能保證連續(xù)、安全地進行生產），即：式中：Vq- 采煤機工作牽引速度，6.1m/min支架的移架速度，9.87m/min丨。即：單位時間移動支架的數目，它反映了沿采煤機牽引方向的距離A V移= t式中： A一臺支架支護寬度，一般為1.5m ;t-移架時間，t = t1 + t2。t1為降架、移架、升降的動作時間（供液時間）；t2為操作調整時間，一般約為0.30.5分/架t1與移架千斤頂、立柱、調架千斤頂的缸徑和行程以及乳化液泵站

29、的流量有關t1 = 4d2l22( D1 L12nD 2 L2)103Qb分/架式中：Qb 所需乳化液泵的額定輸出流量，I /min;d、l 移架千斤頂缸徑和行程。d0.14m， l0.6m ;D1、L1-前探梁短柱缸徑和移架時升降行程。L1約為0.050.1m ；D2、L2 立柱缸徑和移架時升降行程。降架移架時L2為0.050.1m ;帶壓移架時L2 =0 ;n升降的立柱個數。即有：一Avq，從此式中可求出Qb=120l/min。tl t2 q選擇乳化液泵根據Pb和Qb選TrimaxS250高壓大流量乳化液泵。注：說明一點，若現有的泵站流量滿足不了 Qb的要求，則適當選 一型號，并可采取一些措施提高移架速度。減少操作調整時間t2，提高工人的操作水平和適當增加操作人 員。采用不同的移步方式，以保證v移Vq的要求。常用的移步方式 有順序和交錯移步。前者移架速度小于后者，故在條件允許下可采用 交錯移步，以提高v移。順序移步：支架沿采煤機牽引方向依次遷移，移動步距等于截深， 對頂板的支護