支护设备与采煤机选型设计

支护设备与采煤机选型设计

第一节机械化采煤工作面类型的确定与论证

机械化采煤工作面，根据支护设备型式不同。可分为普通机械化采煤工作面(简称普采)及综合机械化采煤工作面(简称综采)。综采工作面主要设备为双滚筒采煤机、刮板输送机、液压支架，综采工作面机械化程度高、安全、生产率高，国内不少综采工诈面年产量超过100

万吨．但它的设备投资大，对煤层厚度、倾角、地质条件变化要求严格．普采工作面主要设备为滚筒采煤机、刮板机输送机、金属摩擦支柱或单体液压支住及金属铰接顶梁。(采用单体液压支往、金属铰接顶粱的工作面亦称高档普采工作面)。普采工作面设备投资小，在煤层厚度、倾角、地质条件变化较大时，适应性好，但它的机械化程度、安全、生产率比综采低。

当工作面的煤层厚度、倾角、地质条件，设计生产能力等已知时，究竟采用那种类型的机械化

采煤工作面，应经过经济技术方面认真分析，论证后再去确定，一般讲当工作面内煤层厚度较厚，煤层倾角及煤层厚度变化不大，地质条件比较稳定，没有大的断层，夹矸等，工作面没计生产能力又比较高．采用综采比较好，相反，当煤层厚度不大．但厚度、倾角变化较大，工作面设计生产能力不很高时，采用高档普采能更好的适应煤层地质条件的变化，并能取得较好的经济效益．我国目前规定普采年生产量为20～30万吨。综采；当采高大于2米，年产量为50～80万吨，采高1．1米时年产量为30～50万吨。

第二节液压支架的选型

一、影响液压支架选型的因素

影响液压支架选型的因滚．主要是矿山地质条件，如顶、底板稳定性、煤层厚度、煤层倾角、煤层赋存状况及瓦斯含量等，其中以煤层及顶，底扳稳定性影响最大。

1．顶板稳定性：

顶板稳定性直接影响支架的架型支护强度，顶板岩性的不同．决定支架的架型的型式，岩层载荷和顶板的稳定性主要影响支架支护强度和顶梁的结构型式。一般讲：煤层顶板稳固平整，

应选用支撑式支架；煤质松软、顶板破碎煤层，应选用掩护式支架；而煤层顶板坚硬。则应选用支撑掩护式支架。

2．底板稳定性：

底板岩石的组成．结构及岩石力学性质是支架选型不可忽视的另一重要条件．底板的稳定性．对支架底座影响颇大．支架架型选取不当，会使支架陷入底板，使移架困难。根据我国煤层底板岩石抗压强度。建议：按表2-1选型。

表2-1 不同底板条件下选用的架型

岩石松软粘土岩

页岩（或松软煤）较软粘土岩

页岩（或松软煤）一般粘土岩

砂页岩、砂岩（或煤）

抗压强度MPa ＜2.0 ＞2.0 ＞4.0

应选架型掩护式液压支架式

两柱支掩式掩护式支架

支掩式支架支掩式及强力支撑

四柱及强力支撑

3．煤层厚度：

煤层厚度主要影响支架支护强度，煤层厚度越大支护强度应越高，煤层厚度大小及变化情况，又决定着支架的结构高度和伸缩范围。

4．煤层倾角：

煤层倾角主要影响支架稳定性，煤层倾角大则易使支架发生倾倒、下滑等现象。必须采取防倒防滑措施。

5．煤层埋藏稳定性：

实践证明：煤层埋藏越平稳，综采的效果越好。断层及其性质对支架的使用好坏起决定性的影响。若断层落差大，综采设备通不过，断层条数多，综采面搬家次数多。

6．煤层瓦斯含量：

瓦斯含量大的煤层应采用通风断面大的支架。

液压支架架型选择是否合适，最终必然反映到经济效果上。应尽量做到安全、高效，而又能降低吨煤成本。支撑式液压支架虽然价格便宜，但使用性能远不如掩护式和支撑掩护式液压支架优越。因此：在可能情况下，应优先选用掩护式和支撑掩护式两种架型。

除矿山地质条件外，采矿技术条件，如回采方式，采面长度，采煤机械类型、生产环节等因素对液压支架的造型也有一定的影响。

二、煤层顶板及顶板分类

覆盖在煤层上的岩石，依次分为伪顶、直接顶、老顶，它们统称为煤层的顶板。伪顶是紧贴在煤上极易冒落的较薄岩层，通常在煤层被采下后随即冒落，对液压支架的选型一般没有影响。

直接顶位于伪顶之上，无伪顶时直接位于煤层之上，通常是在移架或回柱后随即冒落，直接顶下部1.5～2米厚的岩石叫直接顶下位岩石，它对架型的选择有决定性的影响。

1．直接顶分类

我国将缓倾斜煤层回采工作面直接顶根据其稳定程度分为四类

1)、不稳定顶板：也称破碎顶板，这类顶板很易冒落。冒落后岩石能基本充满采空区。泥质页岩，再生顶板等属于这类顶板。

2)、中等稳定顶板：强度较高，但有大量节理裂隙，局部较完整，冒落后不能充满采空区，一般在支护设备前移后随即冒落。砂质页岩，粉砂岩属予这类顶板。

3)、稳定顶板：难于冒落，需支架帮助切顶。

4)、坚硬顶板：极难于冒落，采后需强制放顶，砂岩，坚硬砂质页岩等属于这后两类。

直接顶分类的主要指标是强度指数D，并参考直接顶初次跨落步距L1(米)来决定。直接顶初次跨落步距Ll是指工作面推进一定距离后，直接顶冒落高度在1～1.5米以上，范围占全工作面长度1／2以上时，初次切顶线距开切眼煤壁之间距离。

强度指数D可由下式求出．

D=6D·Cl·Cz

式中：6D—岩石的单向抗压强度，公斤／厘米2：

C1—节理裂隙影响系数

Cz一分层厚度影响系数

6D、C1、Cz值可查阅陶驰东主编“采掘机械"书及有关资料得到。根据D并参考Ll直接顶类别的确定见表2—2。

表2—2 直接顶类别

类

别

指

标

1 2 3 4

不稳定顶板中等稳定顶板稳定顶板坚硬顶板

主要指标强度指数D ≤30 31～70 7l～l 20 >1 20 无直接顶层厚在2~5米以上，6D> 560800Kgf/cm2，节理裂隙间距和分层度大于1米的整体岩层。

参考指标直接顶初次跨落步距L：（M）≤S 9～1 8 l 9～2S >2 5

2．老顶分级

老顶位于直接顶之上，顶板分级主要由直接顶厚度∑h与采高H之比值N来决定，再参考老顶初次来压步距L2，N的意义是指冒落带充满采空区的程度，L2是指工作面初次切顶线到开切眼煤壁之间老顶悬露的长度。