采煤机械之液压支架

(二)支架移动和推移输送机 支架和输送机的前移由底座上的推移千斤顶4完成 移架
推移输送机
二、液压支架分类
液压支架按架型结构及与围岩关系，分支撑式、 掩护式和支撑掩护式支架
按适用采高分薄煤层支架、中厚煤层支架、大 采高支架和特大采高支架四类
按适用采煤方法分一次采全高支架、放顶煤支 架、铺网支架和充填支架
一般取初撑力为(0.6～0.8)倍的工作阻力
液压支架的初撑力取决于泵站工作压力、立柱数
和立柱的缸径
（1）增加立柱数，即支架的立柱数越多，初撑力
越大，但增加立柱数会使支架尺寸变大，结构复杂
（2）加大立柱的缸径 （3）提高泵站工作压力
Pc
4
D2
pbn
五、移架力和推溜力 移架力与支架结构、质量、煤层厚度、顶板性质 等有关
支架最小结构高度 Hmin M min S2
Mmax、Mmin为煤层最大、最小截割高度，mm； S1考虑伪顶冒落的最大厚度； 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。
支架调高范围： ——支架的最大结构高度与最小结构高度之差 支架最大结构高度和最小结构高度取值应符合规定
1-煤层 2-直接顶 3-基本顶
1-煤层 2-直接顶 3-基本顶
Ⅰ-冒落带 Ⅱ-裂隙带 Ⅲ-弯曲下沉带
从开切眼向前推进，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，直接顶冒 落，形成冒落带Ⅰ
直接顶冒落，基本顶悬露。随工作面推进，基 本顶形成裂隙带Ⅱ。当达到极限垮落步距时发生 断裂和垮落→基本顶初次来压
移架力一般为支架质量的2.5～3倍 支架推移速度应与采煤机移架速度相适应
液压支架推移千斤顶的控制方式
1. 推移千斤顶正装
移架力：
FY
4
d2
pm
推溜力：
FT
4
D2 pm
移架力<推溜力
2. 浮动活塞式推移千斤顶
移架力：
FY
4
(D2
d2)
pm
推溜力：
FT
4
d2
pm
浮动活塞式推移千斤顶的D、d关系为
D 2d
Ⅳa
Ⅳb
1075＜ Pe≤1145
Pe≥1145
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
随工作面推进，基本顶周期垮落。在弯曲下沉 带Ⅲ，裂隙少，对支护设备载荷影响不大
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
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
7-底座；8-卸载手把； 9-注液枪；10-供液管
工作原理：
1. 升柱与初撑 2. 承载 3. 卸载降柱
三用阀： 单向阀、安全阀和卸载阀，分别承担支柱的注液 升柱、过载保护和卸载降柱功能
支柱选用： 最大高度 = 煤层最大厚度 - 顶梁高度 最小高度 = 煤层最小厚度 - ( 顶板最大下沉量 +顶梁高度+支柱卸载高度)
支架型号编制方法： “产品类型代号”表明产品类别，字母Z表示 第一特征代号： 用于一般工作面支架时，表明支架的架型结构。 用于特殊用途支架，表明支架的特殊用途 “第一特征代号”使用方法：
用途 产品类型代号 第一特征代号
产品名称
一般工
作面支
Z
架
Y
掩护式支架
Z
支撑掩护式支架
D
支撑式支架
特殊用
Z
途支架
Q
支架伸缩比： ——支架的最大结构高度与最小结构高度之比
Ks Hmax / Hmin
二、支护强度和工作阻力
支护强度：
——支架有效工作阻力与支护面积之比 顶板所需支护强度取决于顶板等级和煤层厚度
制订不同顶板等级的支护强度标准，支护强度按规
定选用或按经验公式估算
1．岩石自重法
已知工作面上覆岩层裂隙带高度时，在工作面上覆
例 ZZ5600/17/35 支撑掩护式支架，支架工作阻力5600kN，支架 最小高度17dm，支架最大高度35dm
例 ZFZ4400/16/28ST 中位放顶煤支架，工作阻力4400kN，最小高度 16dm，最大高度28dm，四连杆机构，抬底座装置
第三节 采煤工作面顶板组成及其分类
一、采场围岩移动 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 采场围岩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
第三章 液压支架
按照支护机械化程度分： 普通机械化采煤(简称普采)——单体支柱支护 综合机械化采煤(简称综采)——液压支架支护
第一节 单体支护设备
单体支护设备包括木支柱、金属摩擦支柱和液压 支柱
煤矿安全规程（2016版）：采煤工作面严禁使用 木支柱(极薄煤层除外)和金属摩擦支柱支护
液压支柱分单体液压支柱和放顶支柱
大倾角支架
F
放顶煤支架
P
铺网支架
C
充填支架
G
过渡支架
T
端头支架
主参数代号：
依次用支架工作阻力(立柱工作阻力总值)、支架 最小高度和最大高度3个参数，参数与参数之间用 “/”隔开。参数量纲分别为kN和dm
如果用“产品类型代号”、“第一特征代号”、 “第二特征代号”、“主参数代号”仍难以区别或 需强调某些特征时，用“补充特征代号”
综采工作面工序采煤、移架和推溜。工序不同组合，
形成3种支护方式 1)及时支护方式 割煤—移架—推溜，顶板暴露时间短 2)滞后支护方式 割煤—推溜—移架，顶板暴露时间长 3)复合支护方式 割煤—支架伸缩梁伸出—推溜—伸缩梁缩回—移架，
支护滞后时间短，增加反复支撑次数
顶梁长度受支架型式、配套采煤机截深(滚筒宽度)、 刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、 底座长度、支护方式等因素制约
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
引入基本顶初次来压当量Pe，得到基本顶压力 显现级别
项目
分级 界限
Ⅰ级 (来压不
明显)
Pe≤895
基本顶压力显现等级
Ⅱ级 (来压 明显)
895＜ Pe≤975
Ⅲ级 (来压强
烈)
975＜ Pe≤1075
Ⅳ级
来压很强烈 来压极强烈
当支架中心距为2.05m时，最小宽度取1930～ 1960mm，最大宽度取2230～2260mm
当支架中心距为2.4m时，支架宽度为2240～2600mm
四、初撑力
初撑力大小对支架的支护性能和成本有很大影响
较大初撑力能使支架较快达到工作阻力，减慢顶
板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性。但对乳化 液泵站和液压元件的耐压要求提高
直接顶稳定性分类指标
项目
1类(不稳定) 1a(极不稳定) 1b(较不稳定)
2类(中等 稳定)
3类(稳定)
4类(非常 稳定)
基本 指标
辅助 指标
lz＜4m
4m＜lz≤8m
8m＜ lz≤18m
18m＜ lz≤28m
28m＜ lz≤50m
2．基本顶矿压显现分级 基本顶指位于煤层直接顶之上，抗弯刚度较大，
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
第四节 支架参数确定
一、支架高度 首先确定支架适用煤层的平均截割高度，然后 确定支架高度
支架最大结构高度 H max M max S1
支架额定工作阻力为
R qF /
kN
F——支架的支护面积，m2
支撑效率η ——有效工作阻力与支架工作阻力之比值
支撑式支架支撑效率为100%； 掩护式支架和支撑掩护式支架顶梁与掩护梁铰接， 立柱斜撑，支撑效率小于1，初选支架时可取～80%
三、支架中心距和宽度 支架中心距等于工作面一节中部槽长度
液压支架中心距有1.25m、1.5m、1.75m、2.05m 和2.4m
按在工作面中的位置分基本支架、过渡支架、端 头支架和超前支架
按控制方式分液压手动控制支架和电液控制支架 用于年产500万t以上工作面或用户要求按高可靠 性设计的支架为A类支架，A类之外的其他支架及 放顶煤工作面支架为B类支架
液压支架型号组成
设计修改代号 补充特征代号 主参数 第二特征代号 第一特征代号 产品类型代号Z
根据顶板条件和使用要求，顶梁可设置伸缩梁
伸缩梁一般是为实现超前支护而设置的，伸缩量 根据使用要求确定，一般为600～800mm
二、侧护板 侧护板装置组成：侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、 导向杆和连接销轴… 支架活动侧护板形式：直角式单侧活动侧护板、直 角式双侧可调活动侧护板和折页式单侧活动侧护板
直角式单侧活动侧护板一侧固定， 一侧活动。固定侧护板是梁的边筋 板，可增加梁体强度，减轻支架重 量
大采高（≥5m）、高工作阻力（≥9000kN）支架 一般采用1.75m中心距
特大采高（≥6.5m）液压支架中心距宜采用 2.05m(2.4m)
支架宽度： ——顶梁的最小和最大宽度 宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求 支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程170～200 mm 支架中心距1.75m时，最小宽度取1650～1680mm， 最大宽度取1850～1880mm
第二节 液压支架工作原理和分类
一、液压支架工作原理 升架、降架、推移输送机和移架 利用乳化液泵站提供的高压乳化液通过液
压控制系统不同功能的液压缸来实现
(一)支架升降
1. 初撑 操纵阀8处于升柱位置，高压液体经液控单向阀 6进入立柱下腔，立柱上腔排液，立柱和顶梁升起 支撑顶板
支架立柱在达到泵站额定压力时产生的工作力
单体液压支柱 由缸、活柱、阀等零件组成，以专用油或高含水
液压液（含乳化液）等为工作液，供矿山支护用的 单根支柱
单体液压支柱按其供液方式不同，分为外供液式 （简称外注式）和内供液式（简称内注式）支柱
按工作行程不同，支柱分为单伸缩（单行程）支 柱和双伸缩（双行程）支柱
外注式单体液压支柱
1-顶盖；2-三用阀；3-活柱； 4-缸体；5-复位弹簧；6-活塞；
支护强度除按规定选用外，还可按经验公式估算
q 72.3h 4.5Lp 78.9Lc 10.24N 62.1
q——支护强度，kN / m2； Lp——基本顶周期来压步距，m； Lc——控顶距，Lc = L+C，m； L——支架顶梁长度，m； C——梁端距，m； N——直接顶充填系数，为直接顶厚度与采高的比值
L LA LB xE L0 (C Cd )
采用及时支护方式时，Cd = 0； 采用滞后支护方式时，Cd =截深
第六节 支架结构选择
根据液压支架各部件功能和作用，组成：
(1)承载结构件 如顶梁、掩护梁、底座、连杆 等。主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷
(2)液压缸 包括立柱和千斤顶。主要功能是实 现支架的各种动作，产生液压动力
岩层内有较高的离层空间情况下，断裂岩层完全作用
在支架上
q Kh 105
MPa
K——作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取5～8； h——截割高度，m；ρ ——岩石密度，一般取2.5×103kg/m3
2．经验公式法
标准《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》规定了 缓倾斜煤层采煤工作面各级基本顶对液压支架额定 支护强度的要求
3. 推移千斤顶倒装
移架力：
FY
来自百度文库
4
D2 pm
推溜力：
FT
4
(D2
d 2 ) pm
六、梁端距和顶梁长度 梁端距 ——移架后顶梁端部至煤壁的距离 梁端距是由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采
煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚 筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离
支架高度越大，梁端距应越大
(3)控制元部件 包括液压系统操纵阀、单向阀、 安全阀等各类阀，以及管路、液压电控元件。主要 功能是操作控制支架各液压缸动作及保证所需的工 作特性
(4)辅助装置 如推移装置、护帮(或挑梁)装置、 伸缩梁(或插板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、 喷雾装置…
一、顶梁 顶梁形式： 整体顶梁、铰接顶梁
1．整体顶梁 2．铰接顶梁 铰接顶梁的前段称为前梁，后段为主梁，简称顶梁
之和（忽略摩擦力）称为初撑力
支架初撑力
Pc
4
D2
pbn 103
kN
2. 承载 增阻过程 恒阻过程 支架立柱在其安全阀设定开启压力时产生的工
作力之和（忽略摩擦力）称为工作阻力，由支架 安全阀的调定压力决定
支架工作阻力
P
4
D2
pan 103
kN
3. 卸载
支架工作时的支撑力变化阶段： 初撑增阻阶段t0 增阻阶段t1 恒阻阶段t2 →液压支架的阻力—时间特性