3-4 液压支架选型

支 架 围 岩 适 应 性
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建议。
直接顶类别 基本顶来压级别 1 2 3 4 Ⅰ Ⅱ Ⅰ、 Ⅱ Ⅲ Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ Ⅱ、 Ⅲ Ⅳ 底板类别 1 Ⅰ、 Ⅱ Ⅰ、 Ⅱ Ⅰ、 Ⅱ Ⅰ、 Ⅱ Ⅰ、 Ⅱ Ⅲ、 Ⅳ Ⅲ、 Ⅳ 液压支架 2 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，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
底板类别 名称 极软 松软 较软 中硬 坚硬 代号 Ⅰ Ⅱ Ⅲa Ⅲb Ⅳ Ⅴ 基本指标 容许比压pp(MPa) pp＜3.0 3.0＜pp≤6.0 6.0＜pp≤10 10＜pp≤16 16＜pp≤32 pp＞32 辅助指标 容许刚度Sp(MPa/mm) Sp≤0.10 0.10＜Sp ≤0.38 0.38＜Sp ≤0.75 0.75＜Sp ≤1.32 1.32＜Sp≤2.82 Sp＞2.82 参考指标 容许单向抗压强度 Rp(MPa) Rp≤8.5 8.5＜Rp≤13.2 13.2＜Rp≤19.6 19.6＜Rp≤29.1 29.1＜Rp≤54.6 Rp＞54.6
第三节 液压支架参数确定
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 H max M max S1
支架最小结构高度
H min M min S2
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200～400 mm，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。
第三节 液压支架参数确定
二、支护强度和工作阻力
支护强度：
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。
K s H max / H min
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。
支架型式 掩 护 支掩式 结构特征 二柱支掩掩护式 主要力学特征 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 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 对围岩适应性评价 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 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
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。
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
项目 Ⅰ 级 (来压不明显) Ⅱ 级 (来压明显) 基本顶压力显现等级 Ⅲ 级 (来压强烈) Ⅳ 级 来压很强烈Ⅳa 来压极强烈 Ⅳb
分级界限
典 型 条 件 区间 M=1 M=2 M=3 M=4
第一节 采煤工作面顶板组成及其分类
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Ⅰ。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，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Ⅲ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。
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。
(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
围岩可控性分组
难控围岩 项目 直接顶类别 基本顶级别 底板类别 G11 3，4 Ⅳa，Ⅳb Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ G12 1a，1b Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ Ⅰ，Ⅱ 较难控围岩 G2 2 Ⅱ，Ⅲ Ⅰ，Ⅱ 易控围岩 G3 2，3 Ⅰ，Ⅱ Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ
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。
DL≤895
N=1～2 3～4 L0＜37 37～41 L0＜30 30～34 L0＜24 24～27 L0＜19 19～22
895＜DL≤975
N=1～2 L0=41～47 L0=34～38 L0=27～31 L0=22～27 3～ 4 47～54 38～43 31～35 27～31
975＜DL≤1075
18m＜lz≤28m 28m＜lz≤50m
2类(中等稳定)
3类(稳定)
4类(非常稳定)
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 。
DL≥1145
N=1～2 L0＞120 L0＞96 L0＞78 L0＞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
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。
第二节 液压支架架型选择
一、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
难控围岩 项目 直接顶类别 基本顶级别 底板类别 G11 3，4 Ⅳa，Ⅳb Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ G12 1a，1b Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ Ⅰ，Ⅱ 较难控围岩 G2 2 Ⅱ，Ⅲ Ⅰ，Ⅱ 易控围岩 G3 2，3 Ⅰ，Ⅱ Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ
支顶式
式 支顶 支掩
二柱支顶掩护式
四柱支顶支掩式
支 撑 掩 护 式
四柱X型 支顶式 四柱支撑掩护式
第二节 液压支架架型选择
2．支架选型要素
要 素 优 差 良 优 差 优 差 优 优 良 良 差 良 良 掩护式 插底掩护式 一般掩护式 直接顶冒落倾向 基本顶周期来压 底板压入倾向 防煤壁片帮 通风断面 顶梁前端支撑力 顶梁后端切顶力 顶板覆盖率 隔绝采空区能力 横向稳定性 对采高适应性 支撑效率 支护强度 对倾角适应性 良 良 差 良 良 良 良 优 优 优 优 良 良 优 支撑掩护 式 良 优 优 良 优 良 优 优 优 优 优 优 优 良 支撑式 差 优 优 差 优 差 优 差 差 差 良 优 优 良
N=1～2 L0=54～72 L0=43～58 L0=35～46 L0=31～41 3～ 4 72～82 58～66 46～53 41～47
1075＜DL≤1145
N=1～2 3～4 L0=82～105 105～120 L0=66～85 85～96 L0=53～68 68～78 L0=47～55 55～62
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
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
1类(不稳定) 项目 基本 指标 辅助 指标 1a(极不稳定) 1b(较不稳定) lz＜4m 4m＜lz≤8m 8m＜lz≤18m