支架选型计算

支护设备选型

（1）工作面顶板管理方式及支架型式

国内外长壁工作面生产经验表明，液压支架是工作面装备中对生产能力影响最大的设备，因此必须把支架的可靠性放在首位，不但要稳定可靠，故障率低，而且使用寿命长。近年来液压支架朝重型化发展，结构型式简单实用，支架工作阻力不断增大，一般为6000kN ～8000kN ，最大达到10000kN 。

根据3号煤层顶、底板条件及工作面采煤设备配套的要求，设计本矿井回采工作面采用全部冒落法管理顶板。并结合工作面最大采高3.3m 和邻近矿井机械化开采的实践经验，初步确定选用ZY3300/11/23型掩护式液压支架。

1）支架支护强度

支架的结构尺寸确定之后，与支架重量和成本关系最大的参数是支架的支护强度。从理论上分析，合理的支护强度应正好与顶板压力相平衡。支护强度过大，不仅增加支架重量和设备投资，而且给搬运、安装带来困难；过小则会造成顶板过早下沉、离层、冒落，使顶板破碎，造成顶板维护困难。因此支护强度的大小应取决于工作面采场矿压的大小。但由于目前对采场矿压的大小还不能进行准确的定量计算，主要以经验法或实测数据，来确定支架的支护强度。

支架支护强度采用下列经验公式计算：

βαγcos 1）（-'⋅⋅≥K q H q

式中：

q ——液压支架的支护强度，MPa ； H ——采高，平均2.2m ；

γ——顶板岩石视密度，一般取2.3t/m 3；

K ——顶板岩石破碎膨胀系数，一般取1.25～1.5； α——工作面倾角，（°）；

β——附加阻力系数，二排柱支架取1.6，单排柱支架取1.2；

q '——顶板周期来压动载系数。q '值可按以下情况选取：周期来压不明显顶板：q '取1.1；周期来压明显顶板：q '取1.3；周期来压强烈顶板：q '取1.5～1.7。

则：a q MP 31.02.16

cos 13.13

.13.22.2=⨯-⨯⨯≥

）（

2）支架工作阻力

支架工作阻力P 应满足顶板支护强度要求，即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。

310P ⨯⨯=F q

式中：

F ——支架的支护面积，经计算得8.2m 2。

则：N 2542102.831.0P 3k =⨯⨯=

对支撑式支架，支架立柱的总工作阻力等于支架工作阻力。对于掩护式和支撑掩护式支架，由于受到立柱倾角的影响，支架工作阻力小于支架立柱的总工作阻力。工作阻力与支架立柱的总工作阻力的比值，称为支架的支撑效率η。所以支架立柱的总工作阻力p 总为：

η

p

p =

总

式中：η——掩护式支架取η=80%。 则：N 31558

.02524

k p ==

总 （2）支架初撑力

初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言，并与顶板的性质有关。液压支架的初撑力，对支架维护顶板的性能方面，要比工作阻力（支护强度）起着更加显著的作用。有足够初撑力的支架，一开始就能和顶板压力取得平衡，可最大限度地减小顶板下沉；初撑力偏低，要等顶板下沉时才能增阻，会增大顶板的下沉量；初撑力过大，会使

顶板反复受拉导致直接顶蠕动，造成直接顶早剥离，使顶板管理困难。所以支架初撑力选择的合理与否，是非常重要的。

目前在坚硬、中硬和破碎的顶板条件下，多趋向于采用较高的初撑力。现在支架的设计中初撑力已高达工作阻力（支护强度）的90％以上。根据有关资料介绍，初撑力与支护强度的比例关系，以顶板的的稳定性不同，一般在60～85％区内选取为宜。

在确定初撑力时，可按以下原则考虑：对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作作阻力的80%；对于稳定顶板，初撑力不易过大，一般不低于工作阻力的60%，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的75%。

根据3号煤层顶板稳定性情况，顶板为石灰岩，底板为泥岩，属中等稳定顶板，因此，初撑力取工作阻力的80%，即为2524kN。

（3）移架阻力及推溜力

移架阻力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关，通常根据煤层的厚度来考虑，即采高愈大，移架阻力愈大。一般薄煤层支架的移架力为100～150kN；中厚煤层支架为150～300 kN；厚煤层支架为300～400 kN。

推溜力一般为100～150 kN。

（4）支架结构高度的选择

支架结构高度一般指支架的最大和最小结构高度，它必须适应煤层采厚变化所要求的最大和最小支撑高度。最小高度过大，可能会出现压架现象；最大支撑高度过小，可能会造成丢煤，浪费资源，或支架顶空现象。

支架的最大和最小支撑高度，应根据煤层厚度的变化合理选择，片面地认为调高范围越大越好，过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本。

支架高度可由下式计算：

max H =大h -1S +0.2

min H =小h -2S -a -c

式中：

max H ——支架最大结构高度，m ；

min H ——支架最小结构高度，m ； 大h ——煤层最大采高，m ；

小h ——煤层最小采高，m ；

1S ——支架前柱上方顶板下沉量，一般取0.1m ；

2S ——支架后柱上方顶板下沉量，一般取0.2m ； a ——支架前移时可缩余量，一般取不小于

0.05m ；

c ——支架与顶底板间的浮煤，破矸厚度一般取0.1m 。

则：max H =3.3-0.1+0.2=3.4m ；min H =2.15-0.2-0.05-0.1=1.8m ；

根据一些生产的实际经验，为防止伪顶冒落而引起支架顶空现象和一些难于预见的因素，最大结构高度max H 要在计算的基础上，再考虑增加0.1～0.3m 的富裕量，因此，最大结构高度为3.8m 。确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度。

支架的伸缩比：

1.28

.18

.3H H K min max ===

s s K 值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，

说明支架适应煤层厚度变化的能力越强。采用单伸缩立柱，s K 值一般为1.6左右。若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱，其s K 值一般为2.5左右。薄煤层支架可达3。

（5）支架选型

根据支护强度和支架结构高度等参数的计算， 3号煤层采煤工作面选用ZY3600/11/23型掩护式液压支架，液压支架的技术参数见表5-1-5。