放顶煤液压支架设计 定稿(可编辑)

放顶煤液压支架设计定稿

放顶煤液压支架设计

引言

我国煤炭储量十分丰富,1979年世界能源会议估计我国煤炭资源为15000亿吨,其中煤层厚度大于3.5米的厚煤层占40%左右。从采煤工艺看,我国1972年开始装备综合机械化采煤,至1990年已经达到29.8%。当时对厚度在3.5-5米的煤层多采用一次采全高工艺,特别是大采高支架,平均单产可超过3万吨,最高超过6万吨,最高月产142211吨。然而,对于厚度大于5米的特厚煤层的开采,存在着产量低、效率低、劳动强度大、安全差等问题,尽管分层开采技术较为成熟,但其成本高、工序多,影响效率。

目录

引言 1

第一章液压支架技术的发展与应用 3

1.1液压支架发展历史 3

1.2 放顶煤开采工艺及放顶煤液压支架4

1.3 采煤工作面液压支架设计要求和设计必要的基本参数8 1.3.1 采煤工作面对液压支架的设计要求8

1.3.2 液压支架设计的基本参数8

1.4 本文做的主要工作9

第二章液压支架整体结构设计9

2.1 支架主要尺寸的确定9

2.1.1 支架的高度和支架的伸缩比 9

2.1.2支架间距和宽度的确定10

2.2 支架四连杆机构的确定11

2.2.1 四连杆机构的作用11

2.2.2 四连杆机构设计的要求11

2.3 四连杆机构的设计13

2.4 顶梁长度的确定22

2.4.1支架工作方式对顶梁长度的影响 22

2.4.2顶梁长度计算22

参考资料23

致谢24

第一章液压支架技术的发展与应用

1.1液压支架发展历史

历史地来看,大约在四五十年前回采工作面还是采用木支柱。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机的使用,木支柱既不能对顶板提供足够大的阻力,其支设和回收亦难满足连续采煤的要求。于是,刚性木支柱被可压缩性摩擦和液压支柱所代替,并以支柱加铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。

1954年,英国研制出垛式支架。它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。几个月后,英国奥尔蒙德煤矿的低主煤层的整个工作面都装备了这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。从此,开创了煤炭工业的新时代。

1958年法国试验成功了节式支架。

五十年代末,为开采煤层厚超过2m的松散和破碎顶板条件下的褐煤,前苏联开始研制掩护式液压支架,并于1961年在阿乐斯-科拖举办的贸易展览会上

展出了OMKT型掩护式支架。这种支架顶梁很短,仅0.8m,并与掩护梁铰接,单根朝前倾斜液压支柱连接着掩护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时,顶梁顶点相对于煤壁作圆弧运动。这样,不仅影响了支架的承载能力,而且端面距变化很大,不利于顶板的维护。但比起垛式和节式支架,掩护式支架能有效的控制顶板,防止开采过程中矸石渗入工作面,工作能力很好。

为了保持顶梁端点相对于煤壁作近似的直线运动,在OMKT型掩护式支架的基础上作了许多改进:

60年代末和70年代初,随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加,支架结构也发生了巨大变化。长顶梁、二柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。并且,为适应底板不平,底座采用分离铰接式结构;对于松软底板,为减小底板比压,采用接触面积较大的底座;为防止碎矸窜入采区,采用了各种防窜矸的掩护装置。1974年,英国国家煤炭局实施的“高科技采矿工程”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时,必须采用最先进的设备和开采工艺,以提高煤炭产量和改善作业环境。

进入70和80年代,液压支架又有了新的发展。顶梁不仅实现了“立即前移支护”,而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。1981年杜赛尔多夫采矿展览会上,展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架,并研制出采高为6m的大采高支架及放顶煤支架;对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。

我国液压支架是从50年代末开始着手研制,经历可研制试验、引进、仿制和改进创新等阶段,直到现在的独立设计阶段。目前,除液压支架电液控制和支架计算机辅助设计与绘图方面落后于国外,其他方面均以达到国外同期水平。

1.2 放顶煤开采工艺及放顶煤液压支架

放顶煤采煤方法,就是在开采煤层的底部,或在特厚煤层中部位置,布置采煤工作面,利用工作面矿山压力的作用或辅以爆破等方法,将顶煤破碎并促使其垮落,而后将垮落的顶煤由工作面后方或工作面支架前方放出。放顶煤采煤方法在很早以前就用于开采厚煤层。如我国以前使用过的高落式采煤法就属于这种采煤方法。在当时,放顶煤开采是不正规的,完全手工式的,而且煤炭损失特别大,长期以来受到严格限制。还有仓储式采煤法、仓房式采煤法也都属于早期的放顶煤开采方法。随着煤炭开采技术的发展,特别是煤矿支护设备的发展,放顶煤采煤法已经发展成为一种正规的采煤方法。

我国综采放顶煤开采开始于1982年,是由郑州煤矿机械厂、煤炭科学研究

图 1.1 低位双运输机放顶煤综采示意图

1?放煤口;2?前输送机;3?后输送机

总院北京开采所、沈阳煤研所共同研制的FY400-14/28中位放顶煤支架在沈阳

局蒲河矿安装试验;10多年来得到了迅速的发展,截止到1993年,已经在13个省的26个矿务局59个工作面使用,达到了日产万吨,月产31万吨,年产253万吨的生产水平,成为世界上综采放顶煤开采技术发展最快、拥有放顶煤液压支架数量最多的国家。

实践证明,在特厚煤层开采中,采用放顶煤开采较分层开采等具有明显的优越性,主要有:

(1)、煤层掘进量小,掘进费用低、缓和了采掘关系;

(2)、减少了搬家倒面次数,节省了综采面设备搬迁、安装的工作量及费用;

(3)、较分层开采减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护费用等;

(4)、对急斜厚煤层,较普通法开采的工作面产量提高1-3倍;

(5)、提高了煤炭的块炭率,增加煤炭的售价;

(6)、减少了设备的运行费,特别是采煤机,相对减少了吨媒设备折旧费或租赁费;

(7)、有利于矿井的集中控制,实现减面、减人、提高工效的目的;

(8、提高劳动生产率,降低成本,比一般回采工效提高2-5倍,经济效益十分显著,吨媒成本一般降低8-20元/吨。

基于上述原因,我国放顶媒液压支架从1984年至1992年上半年已发展到42套,32个品种,占世界总数的66%。当然,放顶煤开采也有急待解决的问题,主要是:

(1)、煤尘大,比分层开采高出1-3倍,甚至更高;

(2)、回采率偏低,一般在80%左右,造成一定的煤炭损失;

(3)、自然发火的问题尚未得到很好的解决;

(4)、对高瓦斯矿井,瓦斯涌出量大,有局部积聚的危险。

因此,煤炭工业部提出要有试点地进行,稳步发展的方针。然而有于放顶煤开采的优点十分突出,并对存在的问题逐步得到解决的同时,使这一新的特厚煤层的开采工艺从东北、西北迅速扩展到华北,1992年初又推广到华东四个矿务局,并首先在兖州兴隆庄矿创出了月产11万吨的好成绩(1994年月产已达25万