低位放顶煤液压支架的设计

1.5 低位放顶煤液压支架的特点
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这是一种双输送机运煤、在掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁、低位放煤的支撑掩 护式液压支架。这类支架有一个可以上下摆动的尾梁(摆动幅度在 45 左右)，用以松动顶 煤， 并维持一个落煤空间。 尾梁中间有一个液压控制的放煤插板， 用于放煤和破碎大块煤， 具有连续的放煤口。已投入使用的低位放顶煤掖压文架，前四连杆式的有 FY280—l 4／28 型，后四连杆式的有 ZFP 5200／17／32 型。这类支架由于具有许多特点，并且不断改进， 适应性增强，具有良好的推广前景，其主要特点如下： (1)由于具有连续的放煤口，放煤效果好，没有脊背煤损失，回收率高。 (2)和其他支架相比，从煤壁到放煤口的距离最长，经过顶梁的反复支撑和在掩护粱 上方的垮落，使顶煤破碎较充分，对放煤极为有利。 (3)后输送机沿底板布置，浮煤容易排出，移架轻快，同时尾梁插板可以切断大块煤， 使放煤口不易堵塞。 (4)低位放煤使煤尘减少。 (5)前四连杆低位放顶煤液压支架的抗扭及抗偏截能力差，支架的稳定性较差。 (5)尾梁摆动力和向上的摆角较小，破煤和松动顶煤的能力差。 这类支架的原始形式是前四连杆式，在矿区较小的急斜水平分段开采时比较适应，使 这种架型在缓斜长壁工作面中发挥其优势，几年来作了如下的探索： (1)把四连杆的上联接位置由顶梁上改在掩护梁上，使支架底部和上部的连接位置更 接近扭转力矩的作用点，增加了支架强度，减少了支架的损坏，形成了目前在缓斜工作面 大量使用的后四这杆式低位放顶煤液压支架。 (2)大幅度加强前四连杆本身以及它与顶梁、底座的联接强度， 这种作法增加了支
2006 年 6 月
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一、绪 论
1.1 液压支架的作用及发展历史
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1.1.1 液压支架的应用及意义 随着工业技术的不断发展，国民经济对煤炭需要量的日益增加，煤矿开采，特别是采 煤工作免得生产技术面貌发生了巨大的变化。自 1954 年英国装备了世界上第一个液压支 架工作满开始，采煤技术实现了综合机械化。综合机械化采煤，就是工作面采煤，运输和 支护三大主要生产环节都实现机械化。也就是说，采用滚筒式或刨削式等采煤机械落煤与 装煤； 工作面重型可弯曲运输机， 以及与之适应的顺槽转载机和可伸缩皮带运输机等运煤； 自移 式液压支架支护和管理顶板。这几种设备相互配合，组成了综合机械化采煤设备。 液压支架是以高压液体为动力，由若干液压元件（油缸和滑件）与一些金属结构件组 合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备，能实现支撑，降落移架和推移运输机等 一整套工序。液压支架技术上先进，经济上合理，安全上可靠，当前世界各国都在不断地 提高采煤工作面的综合机械化水平。 我 国 于 1964 年 开 始 研 制 液 压 支 架 ， 已 先 后 试 制 了 MZ-1928 型 ,TZ 型 ,BZZC 型,WKM-400 型,DM-400 型,YZ 型,ZYZ 型,ZY 型等多种形式的液压支架， 并在开滦， 大同， 阳泉，鹤壁，徐州，铜川，义马，淮北等局矿进行了试验和使用，取得了较好的效果。1974 年以来，从西德，英国，前苏联和波兰等国引进了许多不同类型的液压支架。实践证明， 液压支架具有强度高，支护性能好，移设速度快，安全可靠等优点，能使采煤工作面达到 高产量，高回采率和高工效，能大大减轻劳动强度，降低成本和掘进率，实现安全生产。 1.1.2 国外放顶煤液压支架 放顶煤综采能否成功还取决于能否针对具体的使用条件进行放顶煤液压支架的合理 选型和设计。一般说来，它要满足对顶煤具有良好的支护效果，同时还要满足顺利放煤， 运煤，行人，通风，移架和对采煤工作干扰小等一系列要求。国外的放顶煤液压支架发展
1.4 放顶煤液压支架的分类
按与液压支架配套的柏送机的台数，放顶煤油压支架可分类如下 按放煤口位置，放顶煤液压支架可分类如下：
插板式 单输送机 不插板式 前四连杆式 放顶煤液压支架 插板式 后四连杆式 双输送机 开天窗式 单铰接式 四连杆式 高位 单输送机开天窗式 放顶煤液压支架 中位 双输送机开天窗式 低位 双输送机插板式
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前
言
毕业设计作为本科学习最重要的组成部分之一，它能提高我们发现、分析、解决问题 的能力，综合检验和巩固我们所学知识，同时又是对我们大学四年所学知识的全面复习， 更是向我们以后即将从事的专业性工作的正常过渡。 放顶煤综采近年来在我国得到迅速的发展.放顶煤综采技术的推广使用,扩大了综合机 械化开采的使用范围,简化了矿井的采掘系统和生产组织,大幅度里提高了综采工作面的劳 动效率和生产,降低了煤炭的生产成本,在煤炭生产上取得了显著的技术经济效果. 尽管我国在综采放顶煤技术的发展和放顶煤综采设备的研制上已取得了很大成绩,但 仍然存在一些重大的技术问题没有得到切底解决,如煤炭回收率问题,工作面降、灭尘问题, 采空区发火问题等,幸运的是在这次设计中我的课题就是关于煤矿采煤设备的液压支架， 能 更进一步的了解矿山机械。 在设计过程中，得到了指导老师任保才教授的关心和大力帮助，才得以顺利完成，在 此表示衷心的感谢。 同时， 此设计有的内容尚需进一步在实践中验证， 加之本人水平所限， 设计中有不足之处，敬请指导老师批评指正。
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架的重量，有的重达 20t 以上，但设计时容易实现加大后部运输空间和增加破煤能力。 (3)增大后部空间和尾梁向上摆动的力，使其在较硬煤层中使用时也可让顶煤顺利放 落和运出， 如 ZFPS5200／17／32 型支架尾梁端部向上摆动力可达到 500kN， 使用效果良好。 (4)后四连杆前连杆设计为 Y 型，后连杆设计为 I 型，增大了支架的、后人行道的宽 度并加大了后部的人员工作与维护空间。 (5)把后输送机千斤顶耳座与底座的联接改为活联接，改善了运输状况。在后输送机
1.2 设计目的
采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满 足对煤炭日益增长的需要，必须大量生产综合机械化采煤机械设备，迅速增加综合机械化 采煤工作面（简称综采工作面） 。而每个综采工作面平均需要安装 150 台液压支架，可见 对液压支架的需要量是很大的。 由于不同采煤工作面的顶底板条件、 煤层厚度、 煤层倾角、 煤层的物理机械性质等的不同， 对液压支架的要求也不同。为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构 尺寸的液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架是必不可少的一 个环节。
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较早。法国 60 年代初就成批生产放顶煤液压支架。现将各主要放顶煤液压支架生产国家 研制，生产，使用的放顶煤支架及其主要特点做一简要介绍。 法国放顶煤液压支架；法国主要生产放顶煤液压支架的为玛雷尔公司。其生产的第一 代放顶煤液压支架是带香蕉尾架的支撑掩护式支架。由于第一代香蕉尾梁式支架存在工人 在尾梁处放煤不安全；处理大块煤困难；顶 Kn/架煤排放无法有效控制等，常造成压死输 送机的现象。而且，该支架工作阻力也较低，仅 1500。第二代放顶煤支架按照此基础上作 了较大的改进，基本避免了这些缺陷。工作阻力增加到 3000--4000 Kn/架。支架间安设防 到防滑千斤顶，使支架可以在倾角 30 度的工作面使用。扩大了支架啊的使用范围。 英国放顶煤液压支架；英国生产放顶煤液压支架的主要有道梯公司和伽力克公司。英 国 70 年代才开始研制放顶煤液压支架。由于英国国内吧不采用放顶煤开采，其生产的放 顶煤液压支架主要用于出口。支架的主要特点为：放煤门面积大，便于顶煤垮落进入后部 输送机；采用四连杆机构，顶梁对顶板的接触及支架稳定性较好，后输送机置于支架加长 底座上。利用工作面输送机的移溜千斤顶回液进入后部立柱，使后输送机相对与支架向后 推出，而放顶煤位置不变。 德国放顶煤液压支架：德国 70 年代末 80 年代初开始生产放顶煤液压支架。有代表性 的支架为 bs2.2 型插板式支撑掩护式放顶煤液压支架，最大的特点是可吸收放顶煤时产生 的水平推力。 如果需要打眼放炮松动顶煤， 支架上备有安装钻机的位置。 顶梁上还有小孔， 可让钻杆通过。 这种支架爱可用于煤层厚度为 5~20m 的各种放顶煤综采工作面。 加长的底 座即可让后部输送机置于地板上，又可在移溜时将其拉到支架底座上。 前苏联放顶煤液压支架：前苏联研制并投入使用的放顶煤液压支架主要有 KM-81V 型， KM-81V 型，KTy 型和 KAM-1C 型。KM-81 型放顶煤液压支架为提腿迈步液压支架，该 支架的移架动力在支架的顶梁上。支架掩护梁上有一组千斤顶支撑并可伸缩，放煤插板采 用液压伸缩。支架后部配有专用放顶煤输送机。 1.1.3 液压支架的发展动向 近几年来，为适应采煤综合机械化的发展需要，液压支架获得了迅速的发展，出现了
1.3 设计要求
（1) 为了满足采煤工艺及地质条件的要求,液压支架要有足够的初承力和工作阻力,以 便有效的控制顶板,保证其合理的下沉量。
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（2） 液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为 100KN 左右,移架力按煤层 厚度而定,薄煤层一般为 100～150KN,中厚煤层一般为 150～250KN,厚煤层一般为 300～ 400KN。 (4) 排煤性能要好。 (5) 要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害 气体等安全方面的要求。 (6) 为了操作和生产的需要,要有足够宽的人行道。 (7) 调节范围要大,照明和通讯方便。 (8) 支架要求有足够的刚度,能够承受一定的不均衡载荷和冲击载荷。 (9) 支架稳定性要好,底座最大比压小于规定值，要易于拆卸,结构简单。 (10) 在满足强度条件下,尽可能减轻支架重量，液压元件要可靠。 (11) 要易于拆卸，结构要简单。 (12) 液压元件要可靠。 (3) 防煤性能要好。
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很多类型，据统计，它的结构形式已达数百种。在缓斜薄及中厚煤层中，液压支架一获得 广泛应用，但是由于煤层储存条件复杂，支架的结构还不够完善，设备需要管理和操作经 验，所以液压支架的使用仍受到限制。 为了改进之间的支护性能，提高它对不同矿山条件的适应性，扩大适用范围，延长使 用寿命，目前液压支架哟下列及方面的发展动向： 1. 大力发展掩护式和支撑掩护式支架，对其他形式的支架，应用逐渐减少。 2. 液压支架的进一步发展，是着重解决扩大使用范围的问题。目前，各国正在研制大 倾角，大采高。大截深和薄煤层支架，并使支架和采煤机更好的配合。 3. 采用高压乳化液泵， 以提高支架的初撑力， 很多国家使用的泵站压力已达到 400MPa 以上。 4. 为了简化支架管路系统和便于安全操作，开始采用“多芯管”先导式邻架控制的操 纵方式。 5. 为加快支架移设速度，进一步改善操作条件，支架控制正在向自动控制方式发展。 目前，分组程序控制一开始使用，全工作面的自动控制还处于研究阶段。
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与千斤顶之间增加了结构件推杆，以避免后输送机与千斤顶活塞杆弯曲并防止输送机和支 架下滑。 前四连杆式支架和后四连杆式支架相比后部空间较大，且重量也轻。
1.6 低位放顶煤液压支架的适应性
前四连杆式支架在急斜水平分段放顶煤综采中取得成功，如对四连杆及有关联接件再 进一步增加强度，成为定型设备，可以不考虑在急斜条件下使用后四连杆式支架。 缓斜中硬难放煤层在选型时考虑到低位放顶煤液压支架的强度低，又无成功的实例， 往往选用中位放顶煤液压支架， 但受到放煤口的限制， 实际上也未能很好解决其放煤问题。 仔细研究各类放煤支架，就会发现，只有前四连秆式支架具备大幅度摆动掩护梁破煤的条 件。有的低位放顶煤液压支架采取强化四连杆及联接销铀，把摆动掩护梁的千斤顶一端布 置在底座上，而不是布置在顶梁上，尽管这种架型尚无满意的效果，但这种探索无疑是很 有意义的。 后四连杆式支架在煤层硬度系数 f＝2 左右，层节理比较发育的缓斜厚煤层中使用取 得很大成功，如在潞安矿务局五阳煤矿、王庄煤矿和兖州矿务局兴隆庄煤矿、鲍店煤矿。 这种架型与设计先进的过渡支架配合使用，创出了新水乎，被广泛推广使用。如石炭井矿 务局乌兰矿将这种支架与过渡支架、端头支架配套使用，在倾角为 24 的工作面上取得了 成功。由此表明了后四连杆式放顶煤液压支架在缓斜中硬煤层和倾斜厚煤层中均有良好的 适应性和使用前景。几种低位放顶煤液压支架的技术特征见表 1－1 表 1－1 郑州煤机厂主要低位放顶煤液压支架技术特征