采煤工作面液压支架的选型

液压支架的选型一、确定架型按顶板分类方案对液压支架的架型进行初选。

根据煤炭部（81）煤科字第429号文件关于《缓倾斜煤层工作面顶板分类》方案，按稳定性不同直接顶分为四类，按来压强度不同将老顶分为四级，并分别提出相应的架型、支护强度和顶板管理方法。

1、顶板分类（级）直接顶分为四类，见〔Ⅰ〕。

老顶分为四级，见〔Ⅰ〕。

2、架型与支护强度初选正确选择支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。

在具体选择架型时，首先要考虑煤层的顶板条件，〔Ⅰ〕表9-1就是根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型。

它是选择支架架型的主要依据。

对于不同类（级）顶板，其架型、支护强度的选择见〔Ⅰ〕。

液压支架架型的选择除了取决于顶板条件之外，还应考虑以下因素，并结合各类支架的不同性能和特点，最终选择一种较为合理的架型。

⑴厚度煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。

当煤层厚度大于2.5~2.8m(软煤取下限,硬煤取上限)时，选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。

当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。

⑵煤层倾角煤层倾角主要影响支架的稳定性，倾角大时易发生倾倒、下滑等现象。

当煤层倾角大于0018时，应同时具有防滑防倒装置。

10~15时，应设防滑和调架装置，当倾角超过0⑶底板性质底板承受支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架底座的结构和支承面积。

选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板的允许比压（对于砂岩底板，允许比压为1.96~2.16Mpa,软底板为0.98Mpa左右）。

⑷瓦斯涌出量对于瓦斯出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。

⑸地质构造地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在5~82m和20m in以下时，暂不宜采用液压支架。

二、主要参数计算和支架型号的确定1、支护强度（工作阻力）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，这样目前主要以经验法或实测数据，来确定支架的支护强度。

下面介绍两个经验公式：⑴ βαγcos )1(-'⋅⋅≥K q H q式中：q ------液压支架的支护强度，〔2/m T 〕；H ------采高，〔m 〕； γ------顶板岩石容量，一般取2.33/m T ；K ------顶板岩石破碎膨胀系数，一般取1.2～1.5；α------工作面倾角，〔度〕； β------附加阻力系数，二排立柱支架β取1.6，单排立柱支架β取1.2；q '------顶板周期来压动载系数。

q '=非周期来压时矿压值周期来压时矿压值，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。

⑵510,q KH M pa γ-=⨯式中：K —作用于支架上的顶板岩石系数，一般取5~8。

顶板条件好、皱起来压不明显时取下限，否则取上限；H —采高，m ；γ—顶板岩石密度，一般取2.3×310kg/m 3。

放顶煤支架的支护强度一般为0.5~0.7MPa 。

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。

310,kN P qF =⨯式中 F — 支架的支护面积，m 2。

可按下式计算21()()(),m F L C B K L C A =++=+式中 L —支架顶梁长度，m ； C —梁端距， m ；B —支架顶梁宽度，m ；1K —架间距，m ；A — 支架中心距，m 。

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,p p kN η=总支撑式支架的η=100%，支掩护式和支撑掩护式支架取η=80%左右。

2、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，时非常重要的。

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，即=初撑力强度/支护强度，以顶板的的稳定性不同，一般在60～85％区内选取为宜。

在确定出撑力时，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%。

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150~300kN ；厚煤层支架为300~400kN 。

推溜力一般为100~150kN 。

4、支架高度支架高度一般系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 +0.2min 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 。

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。

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m ax m inS H K H =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超强。

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、顶梁长度顶梁长度取决于必要的作业空间和通风断面要求，还与支架方式有关。

支护方式有超前支护和滞后支护两种方式。

根据选定的架型和支护方式，来估算所需支架的顶梁长度（范围），以供确定支架型号作参考。

⑴直接撑定掩护式支架，如图4-1所示。

c tg ld y b -⋅-+++∆=α3.01式中：∆------铲煤板铲尖到煤臂的距离，取100～200mm （具 体大小也可计算）；y =F+G+J+V式中：F------铲煤板宽度，一般取150～240mm ；G------中部槽宽（查特征表）；J------导向槽宽度，无链牵引时尚有齿轨部分宽度； V ------电缆槽宽。

参数查不到时可估算V=350～450mm ； d ------超前移架时取＞截深；滞后移架时可取零；e------人行道宽度，不小于0.6m ，高度不小于采高的70％； H------采高，〔m 〕；α------立柱倾角；c ------梁端距，取250～350mm 。

1221b b ≤顶梁全长：21b b l +=⑵支撑掩护式，如图4-2所示。

c tg H ad y b -⋅-+++∆=α1式中：c H d y ,,,,,α∆同前；a ------由结构而定，考虑支架稳定性和减少底座前端的比压。

a ＞300mm ； 2b ------通常2b =0.9～1.2m ，在中厚煤层中可设置为人行道；3b ------由结构而定，一般情况为300～500 mm 。

顶梁全长：321b b b l ++=注：1. 顶梁的长度和宽度取决于支架的类型，它影响支架与顶板的接触性能、控顶距、移架速度和稳定性，一般在保证一定的工作空间和合理布置设备的前提下，应尽量减小顶梁长度，以缩小控顶距和支架的重量。

对于支撑式和支撑掩护式支架，由于立柱为双排布置，支撑力较大，故这类支架的顶梁较长，当采用滞后支护时，顶梁全长为2.5m 左右；当采用及时支护时，顶梁全长为3.0~4.0m 。

对于掩护式支架，由于一般用于破碎顶板，应尽量减小支架对顶板的重复支撑次数，加之立柱多为单排布置，故顶梁长度较小，通常1.5~2.5m ，最大达3 m 左右。

顶梁的宽度应根据支架间距和架型来定。

我国规定支架标准中心距为1.5m 。

掩护式和支撑掩护式支架包括侧护板在内的顶梁宽度为1.4~1.6m(下限为侧护板收缩时的运输宽度，1.5m 为支架的正常宽度，1.6m 为调架时侧护板伸出后的最大宽度)。

垛式支架的架间距一般为0.1~0.2m 。

2. 底座的宽度支架底座宽度一般为1.1~1.2m 。

为提高横向稳定性和减小对底板比压，厚煤层支架，可加大到1.3 m 左右，放顶煤支架为 1.3~1.4m 。

底座中间安装推移装置的槽子宽度，与推移装置的结构和千斤顶缸径有关，一般为300~380mm 。

6、确定支架型号根据以上所确定的架型和计算的参数，查附录5（或〔Ⅰ〕表8-4）支架技术特征表选择支架。

注：⑴采高达到2.5~2.8m 以上时，需要选择带有护帮装置的液压支架。