煤礦用液壓支架設(shè)計標準-課件

第十章液壓支架設(shè)計第一節(jié)采煤工作面頂板組成及其分類

一、頂板組成采場圍巖包括煤層上方的直接頂、基本頂和煤層下方的直接底板。采場圍巖的機械性質(zhì)和運動特征對工作面支護設(shè)備選型和支護參數(shù)選擇至關(guān)重要。煤層采動后，因頂板出現(xiàn)變形、斷裂和垮落，煤體被壓松和發(fā)生片幫，支護設(shè)備的載荷增大和底板鼓起等原因引起的礦山壓力顯現(xiàn)。1-煤層2-直接頂3-基本頂1PPT課件Ⅰ-冒落帶Ⅱ-裂隙帶Ⅲ-彎曲下沉帶第一節(jié)采煤工作面頂板組成及其分類1-煤層2-直接頂3-基本頂

從開切眼向前推進，直接頂懸露面積逐漸增大，下沉和變形隨之增大。當(dāng)推進到初次垮落步距(從開切眼到工作面初次切頂線的距離)時，直接頂冒落，形成冒落帶Ⅰ。直接頂冒落，基本頂懸露。隨工作面推進，基本頂在礦壓作用下不斷產(chǎn)生裂隙和變形，形成裂隙帶Ⅱ。當(dāng)達到極限垮落步距時發(fā)生斷裂和垮落→基本頂初次來壓。隨工作面推進，基本頂周期垮落。在彎曲下沉帶Ⅲ，裂隙少，僅巖層間有離層現(xiàn)象，對支護設(shè)備載荷影響不大。2PPT課件第一節(jié)采煤工作面頂板組成及其分類

二、頂?shù)装宸€(wěn)定性特征及分類

1．直接頂穩(wěn)定性劃分直接頂是工作面支架首要的支護對象。對直接頂?shù)姆€(wěn)定性評價，是支架結(jié)構(gòu)和支護參數(shù)選擇的首要依據(jù)。影響頂板穩(wěn)定性的主要因素：

(1)組成頂板巖石的堅硬程度和脆性特征。用單軸抗壓強度表征其堅硬程度，抗拉強度反映其脆性特征。

(2)頂板巖層分層厚度和分層強度沿厚度的分布。涉及剛度較大的巖層(承載層)和剛度較小的巖層(隨動層)的厚度及相對關(guān)系。

(3)頂板巖體的完整程度。以節(jié)理弱面的發(fā)育程度來表征，包括分層厚度和節(jié)理特征(密度、方向、組數(shù))。

3個指標是反映直接頂穩(wěn)定性的基本要素。從巖層控制需要出發(fā)，對直接頂?shù)姆€(wěn)定性進行實用性分類。3PPT課件第一節(jié)采煤工作面頂板組成及其分類

2．基本頂?shù)V壓顯現(xiàn)分級基本頂(原稱老頂)指位于煤層直接頂之上，抗彎剛度較大，較難跨落的巖層或巖層組合，其運動特征對于綜采工作面支架設(shè)計和選型意義重大?；卷敂嗔褜ぷ髅鎵毫︼@現(xiàn)的影響程度取決于：

(1)基本頂初次或周期來壓步距→基本頂厚度、抗拉或抗壓強度及被裂隙弱化程度的綜合反映。

(2)直接頂垮落后的充填程度，用直接頂厚度與采高的比值表示。

(3)采高，在直接頂厚度一定情況下，采高愈大，礦壓顯現(xiàn)愈強烈。4PPT課件

長壁工作面的開采邊界條件，如周圍未采、一側(cè)采空、兩側(cè)采空等因素對圍巖應(yīng)力及基本頂斷裂步距有一定的影響，特別是當(dāng)基本頂初次來壓步距超過工作面長度1/2時，影響顯著——進行基本頂初次來壓步距等效值計算。第一節(jié)采煤工作面頂板組成及其分類

3．采煤工作面底板分類對綜采工作面圍巖控制有重要影響的是直接底板對支架的抗壓入特性。底板抗壓入特性分脆性、塑脆性和塑性類型。每種類型分增阻型和降阻型兩類，共同特點是在支架未壓入底板前，底板具有線彈性特征，具有不同的抗壓縮剛度；支架或支柱壓入底板后抗壓縮剛度顯著降低，頂板下沉顯著增大。

5PPT課件第二節(jié)支架架型選擇

在液壓支架與圍巖力學(xué)相互作用研究的基礎(chǔ)上，綜合分析不同地質(zhì)條件下支護阻力確定的理論研究成果并分析不同支架的結(jié)構(gòu)力學(xué)特征，為支架選型提供依據(jù)。液壓支架選型準則液壓支架選型必須考慮的地質(zhì)和采礦條件：①直接頂穩(wěn)定性類型；②基本頂級別及相應(yīng)礦壓顯現(xiàn)參數(shù)(初次和周期來壓步距，來壓時載荷，直接頂厚度)；③底板類別及相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)(容許載荷強度，抗壓縮剛度)；④截高，煤層強度，節(jié)理方向，煤層厚度變化等；⑤煤層傾角和工作面推進方向；⑥瓦斯等級和必需的通風(fēng)斷面等。6PPT課件

選型順序：

①根據(jù)直接頂、基本頂、底板類型初步選定基本架型；

②考慮上述①～⑩諸因素選定具體結(jié)構(gòu)，包括頂梁、底座、側(cè)護結(jié)構(gòu)等；

③根據(jù)地質(zhì)條件和礦壓顯現(xiàn)參數(shù)，計算支架必需的支護強度和相應(yīng)的額定工作阻力。

④考慮頂?shù)装搴畬訔l件，驗算支架對底板比壓或載荷強度。

⑤驗算通風(fēng)斷面、風(fēng)流、風(fēng)速等。如果瓦斯涌出量較大，避免用插底式支架。第二節(jié)支架架型選擇7PPT課件第二節(jié)支架架型選擇

根據(jù)使用經(jīng)驗，在綜采工作面支架選型時，注意：

(1)不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板優(yōu)先選用掩護式支架。在底板極松軟條件下，嚴格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強度→避免使用重型支架

(2)非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強烈和十分強烈的頂板，優(yōu)先考慮選取支撐掩護式支架。

(3)頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對頂板的實際支撐力很低→掩護式支架支撐能力利用率高于四柱式(二柱式支架對頂板的實際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機道上方頂板的支護強度)。

(4)不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架注意對機道上方的頂板控制，包括增加前柱阻力及可伸縮前梁等。8PPT課件第三節(jié)支架參數(shù)確定

一、支架高度首先確定支架適用煤層的平均截高，然后確定支架高度。支架最大結(jié)構(gòu)高度支架最小結(jié)構(gòu)高度

Mmax、Mmin為煤層最大、最小截高，mm；

S1考慮偽頂冒落的最大厚度。大采高支架取200～400mm，中厚煤層支架取200～300mm，薄煤層支架取100～200mm；

S2考慮周期來壓時的下沉量、移架時支架的下降量和頂梁上、底板下的浮矸之和。大采高支架取500～900mm，中厚煤層支架取300～400mm，薄煤層支架取150～250mm。9PPT課件第三節(jié)支架參數(shù)確定

支架調(diào)高范圍：

——支架的最大結(jié)構(gòu)高度與最小結(jié)構(gòu)高度之差。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣，但過大調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計造成困難，可靠性降低。支架最大結(jié)構(gòu)高度和最小結(jié)構(gòu)高度取值應(yīng)符合規(guī)定。

支架伸縮比：支架的最大結(jié)構(gòu)高度與最小結(jié)構(gòu)高度之比。10PPT課件

二、支護強度和工作阻力

支護強度：

——支架有效工作阻力與支護面積之比。頂板所需支護強度取決于頂板等級和煤層厚度。制訂不同頂板等級的支護強度標準，支護強度按規(guī)定選用或按經(jīng)驗公式估算K——作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，一般取5～8；M——截高，m；ρ

——巖石密度，一般取2.5×103kg/m3

第三節(jié)支架參數(shù)確定11PPT課件第三節(jié)支架參數(shù)確定支架支撐頂板的有效工作阻力F——支架的支護面積，m2

L——支架頂梁長度，m；C——梁端距，m；B——支架頂梁寬度，m；K——架間距，m12PPT課件支撐效率η：——有效工作阻力與支架工作阻力之比值。

支撐式支架支撐效率為100%；掩護式和支撐掩護式支架頂梁與掩護梁鉸接，立柱斜撐，支撐效率小于1，初選支架時可取80%左右。

第三節(jié)支架參數(shù)確定

三、中心距和寬度

支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。液壓支架中心距大部分采用1.5m。大采高支架為提高穩(wěn)定性，中心距可采用1.75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。

13PPT課件第三節(jié)支架參數(shù)確定

四、初撐力初撐力大小對支架的支護性能和成本有很大影響。較大初撐力能使支架較快達到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為(0.6～0.8)倍的工作阻力。

五、移架力和推溜力移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關(guān)一般薄煤層支架移架力為100～150kN；中厚煤層支架為150～300kN；厚煤層支架為300～400kN。推溜力一般為100～150kN。14PPT課件

六、梁端距和頂梁長度梁端距：

——移架后頂梁端部至煤壁的距離。梁端距是由于工作面頂板起伏不平造成輸送機和采煤機的傾斜，以及采煤機割煤時垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距應(yīng)越大。第三節(jié)支架參數(shù)確定

即時支護方式，大采高支架梁端距取350～480mm，中厚煤層支架梁端距取280～340mm，薄煤層支架梁端距取200～300mm。頂梁長度受支架型式、配套采煤機截深(滾筒寬度)、刮板輸送機尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護方式等因素制約。15PPT課件

綜采工作面工序采煤、移架和推溜。工序不同組合，形成3種支護方式。

1)即時支護方式：

割煤—移架—推溜，頂板暴露時間短。

2)滯后支護方式：

割煤—推溜—移架，頂板暴露時間長。

3)復(fù)合支護方式：

割煤—支架伸縮梁伸出—推溜—伸縮梁縮回—移架，支護滯后時間短，增加反復(fù)支撐次數(shù)。第三節(jié)支架參數(shù)確定16PPT課件

根據(jù)液壓支架各部件功能和作用，組成：

(1)承載結(jié)構(gòu)件如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。

(2)液壓缸包括立柱和各類千斤頂。主要功能是實現(xiàn)支架的各種動作，產(chǎn)生液壓動力。

(3)控制元部件包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件。主要功能是操作控制支架各液壓缸動作及保證所需的工作特性。

(4)輔助裝置如推移裝置、護幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側(cè)護板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等，是實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇17PPT課件

一、頂梁頂梁形式：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段為主梁，簡稱頂梁。1．整體頂梁

整體頂梁結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強；前端支撐力較大；可設(shè)置全長側(cè)護板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護效果，減少架間漏矸。為改善接頂效果和補償焊接變形，整體頂梁前端(800～1000mm)一般上翹1～3o

。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇18PPT課件2．鉸接式頂梁1-前梁2-前梁千斤頂3-頂梁

在前梁千斤頂2的推拉下，前梁1上下擺動，對不平頂板的適應(yīng)性強。運輸時將前梁放下與頂梁垂直，以減小運輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力和連接強度，前梁上不宜設(shè)置側(cè)護板。為順利移架，前梁間一般留有100～150mm間隙，增加了破碎頂板漏矸的可能性。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇19PPT課件

二、側(cè)護板側(cè)護板裝置組成：側(cè)護板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等。支架活動側(cè)護板形式：直角式單側(cè)活動側(cè)護板、直角式雙側(cè)可調(diào)活動側(cè)護板和折頁式單側(cè)活動側(cè)護板。

直角式單側(cè)活動側(cè)護板一側(cè)固定式，一側(cè)活動式。固定側(cè)護板是梁的邊筋板，可增加梁體強度，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。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇20PPT課件

2．直角式雙側(cè)活動側(cè)護板根據(jù)工作面傾角方向，調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動，適應(yīng)性強，用于各種支架。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇21PPT課件1-活動上側(cè)護板；2-活動下側(cè)護板3-頂桿；4-千斤頂；5-固定側(cè)護板

3．折頁式活動側(cè)護板結(jié)構(gòu)簡單，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，移架時導(dǎo)向性差。用于頂板比較穩(wěn)定或堅硬條件的支撐掩護式支架。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇22PPT課件

1．整體剛性底座中擋前部有高度50～100mm小箱形結(jié)構(gòu)，中擋后部上方為箱形結(jié)構(gòu)，推移千斤頂安裝在箱形體下。立柱柱窩前設(shè)計過橋，提高底座整體剛性和抗扭能力。

三、底座底座形式：整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座，其中鉸接分體底座已較少采用。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇23PPT課件

底分式剛性底座中擋底板分體，推移裝置處的浮煤、碎矸可隨支架移架從后端排到采空區(qū)，不需人工清理，但底座接底面積減少，對底板比壓增大——高產(chǎn)高效工作面液壓支架一般采用分體剛性底座。

2．底分式剛性底座底座底板為中分式，中擋推移機構(gòu)直接落在煤層底板上，前立柱柱窩前有過橋，中擋后部上方為箱形結(jié)構(gòu)。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇24PPT課件

四、推移裝置推移裝置組成：推移桿、推移千斤頂和連接頭等，推移桿是決定推移裝置形式和性能的關(guān)鍵部件。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇25PPT課件

1．短推移桿短推移桿：鋼板組焊而成的箱形結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕，廣泛采用。

推移桿形式：正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇26PPT課件

2．長推移桿長推移桿形式：框架式、整體箱式和鉸接式。

框架式長推移桿由前后兩段組成，前段為箱式結(jié)構(gòu)，后段為雙桿式結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向塊。推移千斤頂缸徑超過140mm時，雙桿式結(jié)構(gòu)強度難以保證，可靠性下降?？蚣苁介L推移桿適用于中型以下的支架。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇27PPT課件

五、護幫裝置

①護幫通過挑梁(護幫板)貼緊煤壁，向煤壁施加一個支撐力，防止片幫。

②臨時前梁在支架能及時支護的情況下，采煤機過后挑起挑梁實現(xiàn)超前支護。在支架滯后支護的情況下，利用挑梁實現(xiàn)及時支護；

③在厚煤層分層開采時，采上分層可利用挑梁掛網(wǎng)卷，采下分層可利用挑梁挑網(wǎng)兜。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇28PPT課件

六、柱間距和筋板配置支架柱間距指兩排立柱間的距離。柱間距和筋板配置要考慮支架的中心距、立柱缸徑、推移裝置的寬度等因素。柱間距與各部件筋板配置關(guān)系。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇29PPT課件

七、立柱和千斤頂立柱是液壓支架實現(xiàn)支撐和承載的主要部件，直接影響支架的工作性能。立柱型式有4種。

1．單伸縮雙作用立柱結(jié)構(gòu)簡單、可靠，屬液壓無級調(diào)高，調(diào)整高度方便，但調(diào)高范圍小，用在調(diào)高范圍不大的支架上，許多放頂煤支架裝配單伸縮雙作用立柱。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇30PPT課件

2．單伸縮雙作用帶機械加長桿立柱結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)高范圍較大，有液壓無級和加長桿有級兩種調(diào)高方式。根據(jù)煤層厚度變化及時調(diào)整機械加長桿的高度(有級調(diào)高)以滿足支護要求。多用于煤層厚度變化較大的中厚煤層支架上。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇31PPT課件

3．雙伸縮雙作用立柱調(diào)高范圍大，液壓無級調(diào)高，操作方便靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高，成本高。多用于薄煤層和大采高支架上。由于某些缸徑立柱的中缸強度裕度偏小，遇有采煤工作面基本頂壓力顯現(xiàn)強烈時中缸有時會出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，損壞立柱——在使用條件允許情況下，大多選用單伸縮雙作用帶機械加長桿立柱。

第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇32PPT課件

4．三伸縮雙作用立柱一般為三級液壓無級調(diào)高，有的在雙伸縮立柱上加一段接長桿，主要是為增加立柱的調(diào)高范圍，以滿足某些特殊結(jié)構(gòu)支架對立柱增加調(diào)高的要求。國外較早使用這種立柱，調(diào)高范圍很大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，第三級缸內(nèi)壓力很高，對材料和加工要求高。目前國內(nèi)沒有研制這種立柱。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇33PPT課件

八、雙紐線機構(gòu)(四連桿機構(gòu))

液壓支架的掩護梁與底座之間用前、后連桿連接形成的四連桿機構(gòu)。支架升降時，頂梁前端可沿雙紐線移動，使端面距變化較小。雙紐線機構(gòu)結(jié)構(gòu)型式：①前、后連桿都為單桿式；②后連桿為整體鑄鋼件或焊接件，前連桿為左右分置的單桿鑄鋼件或焊接件→增大支架的有效利用空間。第四節(jié)支架結(jié)構(gòu)選擇34PPT課件

九、防滑防倒裝置利用裝設(shè)在支架上的防滑、防倒千斤頂在調(diào)架時產(chǎn)生一定的推力，以防支架下滑、傾倒，并進行架間調(diào)整。

規(guī)程規(guī)定：傾角>150時，必須采取防滑防倒措施。

在支架底座旁邊裝設(shè)一個與防滑撬板3相連的防滑調(diào)架千斤頂4，移架時千斤頂推出，推動撬板頂在鄰架的導(dǎo)向板上，起導(dǎo)向防滑作用，頂梁之間裝有防倒千斤頂2防止支架傾倒。1-頂梁2-防倒千斤頂3-撬板4-防滑調(diào)架千斤頂?shù)谒墓?jié)支架結(jié)構(gòu)選擇35PPT課件1-頂梁2-防倒千斤頂?shù)谖骞?jié)支架結(jié)構(gòu)選擇

兩個防倒千斤頂4裝在底座箱的上部，通過動作，達到防滑、防倒和調(diào)架作用——多用于垛式支架

在相鄰兩支架的頂梁(或掩護梁)與底座之間裝一個防倒千斤頂2，通過鏈條或拉桿分別固定在各支架的頂梁和底座上，用2防倒，用4調(diào)架。1-頂梁2-防倒千斤頂4-防滑調(diào)架千斤頂36PPT課件

十、液壓支架控制系統(tǒng)液壓支架按操縱閥與所控支架的相對位置分本架控制和鄰架控制。

本架控制