課件-第3篇18章課件

1、 第十八章第十八章 頂板分類與頂板分類與液壓支架的選液壓支架的選用用第第一一節(jié)節(jié) 回采工作面頂板組成及其分類回采工作面頂板組成及其分類一、頂板組成 一般由偽頂、直接頂和老頂組成。1、偽頂 位于煤層上方的極易冒落的較薄巖層，通常是炭質(zhì)和 泥質(zhì)頁(yè)巖，0.3 0.5m以下，隨采隨冒，有些煤層沒(méi)有偽頂。對(duì)支架的正常使用一般無(wú)影響.2、直接頂 位于偽頂或煤層之上的一層或幾層巖層。通常由泥質(zhì)和砂質(zhì)頁(yè)巖等比較容易冒落的巖層組成。一般隨 回柱或移架而冒落。直接頂下部1.52.0m厚的巖層叫直接頂?shù)南挛粠r層，其穩(wěn)定性對(duì)架型有決定性影響。3、老頂 位于直接頂之上厚而堅(jiān)實(shí)，節(jié)理裂隙和分層都不發(fā)育 的整體巖層，通常由

2、砂巖、石灰?guī)r等構(gòu)成。 底板：直接位于煤層下面的巖層。一般由頁(yè)巖、砂頁(yè) 巖等組成。 頂板和底板統(tǒng)稱為煤層圍巖。頂板和底板統(tǒng)稱為煤層圍巖。二、直接頂分類和老頂分級(jí) 1、直接頂分為四類：（1）不穩(wěn)定頂板（類頂板），易于冒落，泥質(zhì)頁(yè)巖頂 板、 再生頂板和煤頂?shù)葘儆谶@一類。 （2）中等穩(wěn)定頂板（類頂板），頂板巖石強(qiáng)度較高，但有大量節(jié)理裂隙,局部較完整,厚度不大,一般隨移架而冒落.砂質(zhì)頁(yè)巖頂、粉砂巖頂?shù)葘儆诖祟悺＃?）穩(wěn)定頂板（類頂板），即完整頂板.不易發(fā)生冒落。砂巖頂、堅(jiān)硬的砂頁(yè)巖頂?shù)葘儆谶@一類頂板。（4）堅(jiān)硬頂板（類頂板），極難冒落的砂巖、堅(jiān)硬巖等直接頂板。 2、老頂分級(jí)老頂根據(jù)周期來(lái)壓明顯與與否分為

3、四級(jí)： 級(jí) 周期來(lái)壓不明顯 級(jí) 周期來(lái)壓明顯 級(jí) 周期來(lái)壓強(qiáng)烈 級(jí) 周期來(lái)壓極強(qiáng)烈老頂周期來(lái)壓越不明顯，作用于支架上的載荷就小而且穩(wěn)定。反之，周期來(lái)壓越強(qiáng)烈，作用于支架上的載荷就越大，且有沖擊。 第二節(jié) 支架類型選擇v 選擇架型一般要根據(jù)給定的頂板條件，結(jié)合各類支架對(duì)頂板的適應(yīng)性來(lái)確定。在具體選用時(shí)，可按表18-1進(jìn)行。v 選擇架型主要是根據(jù)頂板條件，但同時(shí)應(yīng)考慮下列因素：v 1、煤層厚度 當(dāng)煤層厚度超過(guò)2.5m、頂板有水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗水平力強(qiáng)的支架（如掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架），一般不宜選用支撐式支架。當(dāng)煤層厚度在2.52.8m（軟煤取下限，硬煤取上限）以上時(shí)，應(yīng)選用帶護(hù)幫裝 置的掩護(hù)式或

4、支掩式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。v 2、煤層傾角 在1015（支撐式取下限，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式取上限）以上時(shí)，支架應(yīng)該有防滑和調(diào)架裝置， 超過(guò)18時(shí)應(yīng)同時(shí)具有防 滑和防倒裝置。3、底板強(qiáng)度 支架底座對(duì)底板比壓（對(duì)底版的接觸比 壓）應(yīng)小于底板允許比壓。一般底板允許比壓值為1.962.16MPa，軟底板為0.98MPa左右4、瓦斯涌出量 涌出量大時(shí)應(yīng)選擇通風(fēng)斷面大的支撐式和支撐掩護(hù)式支架。5、地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分發(fā)育，煤層厚度變化大、頂板 允許暴露面積和時(shí)間分別在58m2 和20min以下時(shí)暫不宜采用綜采設(shè)備。6、設(shè)備成本 優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。一般情況下， 支撐式支架最

5、輕，造價(jià)也最便宜，而支撐掩護(hù)式支架最重、最貴 。v此外，對(duì)于特定的開(kāi)采要求，應(yīng)選用特種支架。如厚煤層分層開(kāi)采時(shí)選用鋪網(wǎng)支架，冒落法開(kāi)采時(shí)選用放頂煤支架，工作面端頭支護(hù)選用端頭支架等等。2m 第三節(jié) 支架參數(shù)確定一、支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力 支護(hù)強(qiáng)度：支架有效工作阻力與支護(hù)面積之比支架有效工作阻力與支護(hù)面積之比 頂板所需的支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板的等級(jí)和煤層厚度。 支護(hù)強(qiáng)度的確定，可按下面經(jīng)驗(yàn)公式確定： 式中 K1作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)一般取58。 H采高，m。 巖石密度，一般取 q重力加速度，取 。)(1051MPaHpgKq33/105 . 2mkg2/10smmH261k33/105 . 2m

6、kgp2/10smg )( 31010105 . 22653MPaq 支架支撐頂板的有效工作阻力Q（與頂板作用于支架頂梁上的載荷等值）為 式中： F為一架支架的支護(hù)面積，按下式計(jì)算： 式中 L支架頂梁長(zhǎng)度，m。 c梁端距，m。移架后頂梁前端與煤壁的距離 B支架頂梁寬度，m。 k架間距，m。 支架支撐效率：有效工作阻力與支架工作阻力之比，初選支架時(shí)可取80%左右，故工作阻力P為：)(103kNFqQ)()(kBcLF)(2m)(kNQPCLBKA二、初撐力 初撐力的大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本有很大影響。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。避開(kāi)頂板早期離

7、層。一般初撐力為（0.60.8）倍的工作阻力。三、移架力和推溜力v 移架力：100150kN（薄煤層）；150300kN（中 厚）；300400kN（厚煤層）；v 推溜力：100150kN 四、支架調(diào)高范圍 支架最大結(jié)構(gòu)高度 支架最小結(jié)構(gòu)高度 式中： 分別為煤層最大、最小采 高，m。 S1偽頂冒落的最大厚度，一般取0.20.3m。)(1maxmaxmSMHzminmaxMM、)(2minminmSMHz S2頂板周期來(lái)壓時(shí)的最大下沉量、移架時(shí) 支架的下降量和頂梁上、底座下的浮矸 厚度等之和，一般取0.250.35m。 支架伸縮比 k2反映了支架對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)能力。其值越大，適應(yīng)能力越大。

8、單伸縮立柱支架k21.6 。若k21.6 則采用雙伸縮立柱或加機(jī)械加長(zhǎng)段。薄煤層支架K2值為2.53.0；中厚煤層支架k2值為1.41.6。minmax2zzHHk五、覆蓋率 支架覆蓋率是頂梁接觸頂板的面積與支架支護(hù)面積之 比值，即： 對(duì)不穩(wěn)定頂板 8595% 中等穩(wěn)定頂板 7585% 穩(wěn)定頂板 6070% ，否則會(huì)引起冒頂。%100)(KBCLBL 第第四四節(jié)節(jié) 支架承載能力計(jì)算支架承載能力計(jì)算v一、支撐式支架（受力如圖3-4-2）v前梁為分離體，由 得 取主梁和前梁為分離體， 由Fy=0得 取整個(gè)頂梁為分離體， 則x2為:qpxdQ1111212QnpQppQLqLqLqpxdnpdpab

9、npxdpbapbpxQ122122)2()(一架支架所承受的載荷Q為L(zhǎng)pnQ00M二、掩護(hù)式支架 1、間接支撐的掩護(hù)式支架，受力如圖3-4-3頂板對(duì)支架的載荷，取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，由得： 支撐效率為 將Q代入上式即得 間接支撐的掩護(hù)式 支架支撐效率。lCWtgppllftgQsincos)1 (111pQ00M2、直接支撐的掩護(hù)式支架，受力如圖3-4-4 載荷作用位置x： 支撐效率：把Q代入上式可得效率)sincos(11WlcTlhtgPPftgQ)cos(11ThPlQxpQ三、支撐掩護(hù)式支架 1、直接支撐的支撐掩護(hù)式支架，受力如圖3-4-5時(shí)當(dāng)PPPlPlPQxWlctgPPPPf

10、tgQ21),coscos(1)sinsin(coscos112122211122112211pQ 2、混合支撐的支撐掩護(hù)式支架，受力如圖3-4-6時(shí)當(dāng)PPPlPQxWlctgPPPllPftgQ21cos1)sinsin(cos)1 (cos1121111221122211 混合支撐的支撐掩護(hù)式 支架比直接支撐的掩護(hù)式支架承載能力高約20%2)sin(sincos)1 (cos)1 ( 2121221WlPctgllftg 第第五五節(jié)節(jié) 支護(hù)強(qiáng)度和接觸比壓驗(yàn)算（自學(xué)）支護(hù)強(qiáng)度和接觸比壓驗(yàn)算（自學(xué)） 第第六六節(jié)節(jié) 支架的結(jié)構(gòu)選擇支架的結(jié)構(gòu)選擇一、頂梁結(jié)構(gòu)類型和側(cè)護(hù)板v類型：剛性頂梁、鉸接式頂梁

11、、伸縮鉸接頂梁v剛性頂梁（圖3-4-9a）這種頂梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕，造價(jià)低，但對(duì)頂板不平性的適應(yīng)能力差，接頂不夠理想。剛性頂梁多用于頂板比較平整，或輕型支架和薄煤層支架上。v鉸接頂梁（圖3-4-9b）前梁在前梁千斤頂作用下可繞銷軸向上和向下個(gè)擺動(dòng)大約20左右。這種頂梁的接頂性能好，也加大了靠近煤壁頂板的支撐能力。v伸縮鉸接頂梁（圖3-4-9c）它是在鉸接頂梁的前梁上又套上（或插入）一個(gè)可伸縮的梁，其行程為采煤機(jī)的截深d。這種頂梁除具有鉸接頂梁的優(yōu)點(diǎn)外，還可超前支護(hù)。 側(cè)護(hù)裝置 1、安裝位置：側(cè)護(hù)裝置安裝在掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的頂梁和掩護(hù)梁和有些支架的后連桿的側(cè)面。支架工作時(shí)，一側(cè)的側(cè)護(hù)板是

12、固定的，另一側(cè)是活動(dòng)的。 2、側(cè)護(hù)裝置組成：側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等。 3、作用：擋矸：使支架相互靠緊，防止矸石漏入工作空間；導(dǎo)向：移架時(shí)為支架導(dǎo)向，防止支架歪倒；調(diào)架。 4、類型：上復(fù)式、埋伏式、抽出式和折頁(yè)式。 上復(fù)式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板：一側(cè)固定式，一側(cè)活動(dòng)式。固定側(cè)護(hù)板是梁的邊筋板，可增加梁體強(qiáng)度，減輕支架重量。 適用于傾角較小(150)的緩傾斜煤層或水平煤層，擋矸密封性和導(dǎo)向性好。 直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板：直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板： 根據(jù)工作面傾角方向，調(diào)整一側(cè)固定，另根據(jù)工作面傾角方向，調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)，用于各種支架。一側(cè)活動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)，用于各種支架。

13、折頁(yè)式活動(dòng)側(cè)護(hù)板：折頁(yè)式活動(dòng)側(cè)護(hù)板： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，千斤頂可以布置在梁體的外側(cè)，便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，千斤頂可以布置在梁體的外側(cè)，便于拆裝和維修。擋矸密封性差，移架時(shí)導(dǎo)向性差。于拆裝和維修。擋矸密封性差，移架時(shí)導(dǎo)向性差。用于頂板比較穩(wěn)定或堅(jiān)硬條件的支撐掩護(hù)式支架。用于頂板比較穩(wěn)定或堅(jiān)硬條件的支撐掩護(hù)式支架。 1-活動(dòng)上側(cè)護(hù)板；2-活動(dòng)下側(cè)護(hù)板3-頂桿；4-千斤頂；5-固定側(cè)護(hù)板二、底座結(jié)構(gòu)類型 有整體底座和分離底座1、整體底座 支承立柱的兩半個(gè)底座在底面、后面等處被焊接在一起，形成一個(gè)整體的剛性結(jié)構(gòu)（如圖3-2-3QY250-13/32型支架的底座）。其優(yōu)點(diǎn)是剛性大，與底板的接觸面積大，對(duì)底板的比壓小，增強(qiáng)

14、了支架的整體性。其缺點(diǎn)是掉入推移機(jī)構(gòu)槽子里的浮煤碎石矸不易清理，影響推移機(jī)構(gòu)的伸縮，另外，當(dāng)?shù)鬃萑氲装鍟r(shí)不能自拔。2、分離底座 底座的兩半個(gè)座箱僅在前部的上面通過(guò)一根橫梁鉸接在一起（如BY200-06/15型支架的底座）。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)底板起伏的適應(yīng)性強(qiáng)，改善了底座、連桿的受力狀況，便于排矸，當(dāng)?shù)鬃萑氲装搴?，可一柱支撐，另一立柱提起而將一半底座從底板中拉出。其缺點(diǎn)是支架的整體性差。三、立柱結(jié)構(gòu)類型 單伸縮立柱、單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)段立柱和雙伸縮立柱。1、單伸縮立柱（圖3-4-11a）只有一級(jí)行程，伸縮比一般在1.6左右。2、單伸縮加機(jī)械加長(zhǎng)段立柱（圖3-4-11b）總行程為液壓行程 與機(jī)械行程 之和

15、。3、雙伸縮立柱（圖3-4-11c）兩級(jí)行程都由液壓力操縱，總行程為 ，可在較大范圍內(nèi)適應(yīng)煤層厚度的變化，而且在井下隨時(shí)調(diào)節(jié)，其伸縮比可達(dá)3。1l2l21ll 1、單伸縮立柱單伸縮立柱的控制原理如圖所示。1、立柱的升柱過(guò)程 2、立柱的承載過(guò)程 3、立柱的降柱過(guò)程2、雙伸縮立柱雙伸縮立柱的控制原理如圖所示。1、立柱的升柱過(guò)程 2、立柱的承載過(guò)程 3、立柱的降柱過(guò)程 雙伸縮雙作用立柱雙伸縮雙作用立柱四、護(hù)幫裝置 根據(jù)煤層軟硬程度，采高超過(guò)2.52.8m時(shí)，應(yīng)選用帶護(hù)幫裝置的支架，以免煤壁垮落傷人和損壞設(shè)備。護(hù)幫裝置如圖3-4-12所示。其工作過(guò)程是，采煤機(jī)割過(guò)后護(hù)幫板伸出貼住煤壁；采煤機(jī)割到時(shí)，收

16、回護(hù)幫板，采煤機(jī)在護(hù)幫裝置下面通過(guò)。圖3-4-12a、b只能護(hù)幫，而圖c的挑梁在千斤頂作用下，不但可以護(hù)幫，而且還可以超前支護(hù)因片幫而暴露出的頂板，作為伸縮梁使用，但同時(shí)只能起一種作用。五、液壓支架的控制系統(tǒng) 1、手動(dòng)控制 有本架控制、單向鄰架控制和雙向鄰架控制三種。本架控制，操作者在本架上操作本架，這種系統(tǒng)管路少，應(yīng)用較多。單向鄰架控制，操作者在上一架上操作相鄰的下一架支架的各個(gè)動(dòng)作，其優(yōu)點(diǎn)是安全，操作速度快，缺點(diǎn)是管路較多。雙向鄰架控制是操作者站在某架上可以操縱相鄰的上架和下架的各個(gè)動(dòng)作，雙向鄰架控制雖然管路多、復(fù)雜，但采用多芯軟管后，管路顯得并不雜亂，但采用這種系統(tǒng)的支架成本高。 2、自

17、動(dòng)控制 自動(dòng)控制是給出信號(hào)后，使每臺(tái)支架或每一組支架（一般為15架）或全工作面支架自動(dòng)依次動(dòng)作。支架采用自動(dòng)控制系統(tǒng)后能更好地與采煤機(jī)配合，減少支架滯后問(wèn)題；以壓力為信號(hào)的控制系統(tǒng)可保證額定的出撐力，改善頂板管理。這種系統(tǒng)復(fù)雜，制造和維護(hù)費(fèi)用高。六、推移裝置 1、作用：實(shí)現(xiàn)支架自身前移、推動(dòng)輸送機(jī)前移。 2、組成：一般由推移千斤頂、推桿或框架等導(dǎo)向傳力桿件以及連接頭等部件組成。 3、類型： a、無(wú)框架式推移裝置 b、框架式推移裝置 （1）長(zhǎng)框架式 （2）短框架式v1.差動(dòng)式液壓缸v在推移千斤頂?shù)囊郝分醒b一個(gè)差動(dòng)液壓閥.推溜時(shí),壓力液體經(jīng)過(guò)差動(dòng)供液閥后同時(shí)進(jìn)入千斤頂?shù)膬蓚?cè),液壓力產(chǎn)生的作用力之差

18、,使千斤頂?shù)幕钊麠U伸出,向前推動(dòng)輸送機(jī).減小了推溜力.移架時(shí),又恢復(fù)成普通的液壓缸,移架力不變.v2.浮動(dòng)活塞式液壓缸v浮動(dòng)活塞式液壓缸是推移千斤頂?shù)幕钊籽b在活塞桿上，可在活塞桿上滑動(dòng)。推溜時(shí)，液體以很小的壓力先將活塞推向缸口，然后壓力升高將活塞桿推出；移架時(shí)活塞首先被推回，然后缸體帶動(dòng)支架前移。推溜力減小，移架力不變。v1.差動(dòng)式液壓缸推移裝置v在推移千斤頂?shù)囊郝分醒b一個(gè)差動(dòng)液壓閥.推溜時(shí),壓力液體經(jīng)過(guò)差動(dòng)供液閥后同時(shí)進(jìn)入千斤頂?shù)膬蓚?cè),液壓力產(chǎn)生的作用力之差,使千斤頂?shù)幕钊麠U伸出,向前推動(dòng)輸送機(jī).減小了推溜力.移架時(shí),又恢復(fù)成普通的液壓缸,移架力不變.v2.浮動(dòng)活塞式液壓缸v浮動(dòng)活塞式液壓

19、缸是推移千斤頂?shù)幕钊籽b在活塞桿上，可在活塞桿上滑動(dòng)。推溜時(shí)，液體以很小的壓力先將活塞推向缸口，然后壓力升高將活塞桿推出；移架時(shí)活塞首先被推回，然后缸體帶動(dòng)支架前移。推溜力減小，移架力不變?？蚣苁酵埔蒲b置框架式推移裝置v框架式推移裝置框架式推移裝置分為長(zhǎng)框架推移裝置和短框分為長(zhǎng)框架推移裝置和短框架推移裝置架推移裝置v1.長(zhǎng)框架推移裝置長(zhǎng)框架推移裝置v有一個(gè)貫穿于支架底座的框架有一個(gè)貫穿于支架底座的框架,框架的前端與框架的前端與輸送機(jī)鉸接輸送機(jī)鉸接,框架的后端通過(guò)導(dǎo)向塊與推移千框架的后端通過(guò)導(dǎo)向塊與推移千斤頂缸體鉸接斤頂缸體鉸接,推移千斤頂?shù)幕钊麠U與橫桿鉸推移千斤頂?shù)幕钊麠U與橫桿鉸接接,橫桿與支架的底座鉸接橫桿與支架的底座鉸接.v移架時(shí)移架時(shí),先將支架卸載，此時(shí)輸送機(jī)不動(dòng)，當(dāng)先將支架卸載，此時(shí)輸送機(jī)不動(dòng)，當(dāng)推移千斤頂?shù)幕钊还┮簳r(shí)，活塞桿伸出，推移千斤頂?shù)幕钊还┮簳r(shí)，活塞桿伸出，靠千斤頂?shù)耐屏Π褭M桿連同支架底座向煤壁靠千斤頂?shù)耐屏Π褭M桿連同支架底座向煤壁推進(jìn)；推溜時(shí)，支架撐緊頂板為固定支點(diǎn)，推進(jìn)；推溜時(shí)，支架撐緊頂板為固定支點(diǎn)，推移千斤頂?shù)幕钊还┮?，缸體前移帶動(dòng)框推移千斤頂?shù)幕钊还┮海左w前移帶動(dòng)框架向前移動(dòng)，把輸送機(jī)推向煤壁。架向前移動(dòng)，把輸送機(jī)推向煤壁。v長(zhǎng)框架推移裝置的缺點(diǎn)是傳力框架較長(zhǎng)，桿長(zhǎng)