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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 1 - 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 題目 低位放頂煤液壓支架 院（系部） 機械與動力工程系 專業(yè)名稱 機械設(shè)計制造及其自動化 年級班級 10 機制升本 1 班 學(xué)生姓名 郭振海 指導(dǎo)教師 楊志波 2012 年 5 月 25 日 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 2 - 摘 要 現(xiàn)代煤礦高效工作面的關(guān)鍵設(shè)備液壓支架 ,是煤礦實現(xiàn)采煤、運輸和支護 等所有工序全部機械化的重要環(huán)節(jié)。 支撐掩護式支架是以支撐為主 ,掩護為輔的液壓支架 ,用來控制采場頂板 下沉斷裂及冒落 ,保證控頂距內(nèi)頂板完整和必要的回采空間。本設(shè)計從保證支 架的合理工作狀態(tài) ,應(yīng)盡量縮短降架時間 ,快速移架 ,及時支護等方面對支撐 掩護式液壓支架的結(jié)構(gòu)特點及合理應(yīng)用等進行了分析。在詳細分析液壓支架初 撐力與直接頂相互作用機理的基礎(chǔ)上,對支架合理初撐力的確定進行了分析研 究,并提出了合理支架初撐力的確定方法。 關(guān)鍵詞：液壓支架 支護 初撐力 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 3 - ABSTRACT he hydraulic support is the key equipment in today's high production faces underground,it is important Standing shield hydraulic support can control the subsidence,rupture and inbreak of the stope roof,and assure the integrity of the roof and necessary extraction space.The structural feature and its rational application of standing shield hydraulic are introduced in brief.According to the paper,it is necessary to reduce the time of falling support,to move support quickly,to timber the roof in time and keep enough setting pressure. On the basis of analysis of the reciprocity mechanism of original pressure and direct roof, the author analyzes the setting methods of appropriate original pressure of powered support is put forward finally. Keywords: hydraulic support shoring put forward finally 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 4 - 目 錄 前言 ……………………………………………………………………（6） 1 緒論 ……………………………………………………………………（7） 1.1 液壓支架的作用及發(fā)展歷史 ……………………………………（7） 1.2 設(shè)計目 的 …………………………………………………………（13） 1.3 設(shè)計要 求 …………………………………………………………（14） 1.4 放頂煤液壓支架的分 類 …………………………………………（14） 1.5 低位放頂煤液壓支架的特 點 ……………………………………（15） 1.6 低位放頂煤液壓支架的適應(yīng) 性 …………………………………（16） 1.7 低位放頂煤液壓支架的主要結(jié) 構(gòu) ………………………………（17） 2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè) 計 …………………………………………………（29） 2.1 液壓支架的選 型 …………………………………………………（29） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 5 - 2.2 主要設(shè)計參 數(shù) ……………………………………………………（32） 2.3 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè) 計 ……………………………………………（35） 2.4 擬定液壓系 統(tǒng) ……………………………………………………（52） 3 支架的強度計 算 ………………………………………………………（55） 3.1 支架的工作狀 態(tài) …………………………………………………（55） 3.2 支架載荷的確 定 …………………………………………………（55） 3.3 支架的受力分 析 …………………………………………………（56） 3.4 支架受力的影響因 素 ……………………………………………（76） 3.5 強度條 件 …………………………………………………………（77） 4 液壓支架的使用和維 護 ………………………………………………（80） 4.1 液壓支架操 作 ……………………………………………………（80） 4.2 液壓支架操作維護要 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 6 - 求 …………………………………………（81） 4.3 液壓支架操作管理事 項 …………………………………………（81） 5 液壓支架常見故障及其排 除 …………………………………………（83） 5.1 結(jié)構(gòu)件和連接銷 軸 ………………………………………………（83） 5.2 液壓系統(tǒng)及液壓元 件 ……………………………………………（83） 5.3 支架在操作和支護過程中的故 障 ………………………………（84） 結(jié)論 ………………………………………………………………………（86） 致謝 ………………………………………………………………………（87） 參考文獻 …………………………………………………………………（88） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 7 - 前 言 畢業(yè)設(shè)計作為本科學(xué)習(xí)最重要的組成部分之一，它能提高我們發(fā)現(xiàn)、分析、 解決問題的能力，綜合檢驗和鞏固我們所學(xué)知識，同時又是對我們大學(xué)四年所 學(xué)知識的全面復(fù)習(xí)，更是向我們以后即將從事的專業(yè)性工作的正常過渡。 放頂煤綜采近年來在我國得到迅速的發(fā)展.放頂煤綜采技術(shù)的推廣使用,擴 大了綜合機械化開采的使用范圍,簡化了礦井的采掘系統(tǒng)和生產(chǎn)組織,大幅度里 提高了綜采工作面的勞動效率和生產(chǎn),降低了煤炭的生產(chǎn)成本,在煤炭生產(chǎn)上取 得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果. 盡管我國在綜采放頂煤技術(shù)的發(fā)展和放頂煤綜采設(shè)備的研制上已取得了很 大成績,但仍然存在一些重大的技術(shù)問題沒有得到切底解決,如煤炭回收率問題,工 作面降、滅塵問題,采空區(qū)發(fā)火問題等,幸運的是在這次設(shè)計中我的課題就是關(guān) 于煤礦采煤設(shè)備的液壓支架，能更進一步的了解礦山機械。 在設(shè)計過程中，得到了楊志波老師的關(guān)心和大力幫助，才得以順利完成， 在此表示衷心的感謝。同時，此設(shè)計有的內(nèi)容尚需進一步在實踐中驗證，加之 本人水平所限，設(shè)計中有不足之處，敬請指導(dǎo)老師批評指正。 2012 年 5 月 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 8 - 1 緒 論 1.1 液壓支架的作用及發(fā)展歷史 1.1.1 液壓支架的應(yīng)用及意義 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟對煤炭需要量的日益增加，煤礦開 采，特別是采煤工作免得生產(chǎn)技術(shù)面貌發(fā)生了巨大的變化。自 1954 年英國裝 備了世界上第一個液壓支架工作面開始，采煤技術(shù)實現(xiàn)了綜合機械化。綜合機 械化采煤，就是工作面采煤，運輸和支護三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都實現(xiàn)機械化。也 就是說，采用滾筒式或刨削式等采煤機械落煤與裝煤；工作面重型可彎曲運輸 機，以及與之適應(yīng)的順槽轉(zhuǎn)載機和可伸縮皮帶運輸機等運煤；自移式液壓支架 支護和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機械化采煤設(shè)備。 液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和滑件）與一些金 屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實現(xiàn)支撐，降 落移架和推移運輸機等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，安全 上可靠，當前世界各國都在不斷地提高采煤工作面的綜合機械化水平。 我國于 1964 年開始研制液壓支架，已先后試制了 MZ-1928 型,TZ 型,BZZC 型,WKM-400 型,DM-400 型,YZ 型,ZYZ 型,ZY 型等多種形式的液壓支架，并在開 灤，大同，陽泉，鶴壁，徐州，銅川，義馬，淮北等局礦進行了試驗和使用， 取得了較好的效果。1974 年以來，從西德，英國，前蘇聯(lián)和波蘭等國引進了 許多不同類型的液壓支架。實踐證明，液壓支架具有強度高，支護性能好，移 設(shè)速度快，安全可靠等優(yōu)點，能使采煤工作面達到高產(chǎn)量，高回采率和高工效， 能大大減輕勞動強度，降低成本和掘進率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。 1.1.2 國外放頂煤液壓支架 放頂煤支架是隨著放頂煤開采方法應(yīng)用而生的，綜合機械化開采應(yīng)用到放 頂煤開采工作面后，使放頂煤開采技術(shù)進入了一個新的發(fā)展階段。由于工作面 由液壓支架實現(xiàn)可靠、快速的支護，采用采煤機或刨煤機采煤，放頂煤作業(yè)在 安全可靠的工作條件下進行，從而使工作面產(chǎn)量有明顯提高。近年來，綜采放 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 9 - 頂煤技術(shù)在我國得到了迅速的發(fā)展和廣泛的普及，綜采放頂煤正成為一種高產(chǎn) 高效的采煤方法。 1957 年，前蘇聯(lián)研制出 KTY 型單輸送機掩護式放頂煤液壓支架，并在庫 茲巴斯煤田的托姆烏辛斯克礦使用，開采該礦的 2 號和 4～5 號煤層。煤厚為 9～12m，煤層傾角 5°～18°，該放頂煤工作面為預(yù)先開采頂層煤鋪設(shè)人工假 頂，然后再采底煤。 1963 年，法國研制出用于放頂煤開采的支撐掩護式放頂煤液壓支架，并 且于 1964 年在布朗齊礦區(qū)試驗成功。該支架為四柱式，尾梁呈“香蕉”型， 其擺動角度由千斤頂控制，配有兩臺輸送機，第二臺輸送機安置于尾梁后部的 底板上。放落的煤由第二臺輸送機運輸，結(jié)構(gòu)如圖 1.1。 圖 1.1“香蕉”型放頂煤液壓支架 自 70 年代開始，法國、前西德、英國等國家陸續(xù)成功研制成功了“開天 窗”的支撐掩護式或帶插板的支撐式放頂煤液壓支架。英國研制的“開天窗” 式放頂煤液壓支架在掩護梁上開了放頂煤“天窗” ，由液壓千斤頂控制開關(guān)， “天窗”附近設(shè)有攪動桿，以便于冒落頂煤，掩護梁上還有鉆眼孔，供煤硬不 落時打眼放炮。第二臺輸送機安置在支架后部底座上，結(jié)構(gòu)如圖 1.2。 圖 1.2“開天窗”式放頂煤液壓支架 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 10 - 法國針對“香蕉”尾梁式放頂煤液壓支架存在的問題，先后研制成功 MB17×28S、FB21×30S 型放頂煤液壓支架。MB17×28S 放頂煤液壓支架為四柱 掩護式，掩護梁通過液壓千斤頂控制進行伸縮，便于頂煤冒落裝煤。第二臺輸 送機放置在底板上，結(jié)構(gòu)如圖 1.3 。FB21×30S 型放頂煤液壓支架為四柱支撐 掩護式，掩護梁上設(shè)有落煤窗口，由液壓千斤頂控制其開關(guān)，落煤窗口內(nèi)裝有 一個用于控制的攪動桿，有助于破碎大塊煤，并有助于頂煤冒落操作。掩護梁 上還有圓孔，用以通過此孔將管子伸向采空區(qū)，以便輸送氮或泡沫。掩護梁無 四連桿機構(gòu)，而直接與支架底座的尾端相鉸接。在頂梁、掩護梁的側(cè)護板及落 煤口處裝有若干噴嘴，以便噴水除塵。第二臺輸送機放置在支架后部底座上， 結(jié)構(gòu)如圖 1.4。 圖 1.3 MB17×28S 放頂煤液壓支架 圖 1.4 FB21×30S 型放頂煤液壓支架 MB17×28S 和 FB21×30S 型放頂煤液壓支架分別代表了插板式和“開天窗” 式放頂煤液壓支架的結(jié)構(gòu)特點。這兩類支架都配有雙輸送機運煤，滾筒采煤機 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 11 - 采煤，然后由掩護梁上的窗口或插板放出頂煤。這兩類支架的主要區(qū)別是：插 板式放頂煤液壓支架重量較輕，后部空間大，易于排放大塊煤，而且輸送機置 于煤層底板上，便于維修。 “天窗”式放頂煤液壓支架重量較大，支架整體穩(wěn) 定性好，放頂煤輸送機置于支架底座之上，便于推移和放頂煤。 80 年代初期，匈牙利研制成功單輸送機前開“天窗”式放頂煤掩護式支 架，其結(jié)構(gòu)如圖 1.5。機采煤炭與放落煤炭均采用單輸送機運輸，在實際應(yīng)用 中取得了良好效果。 圖 1.5 匈牙利 VHP-732 型“天窗”式放頂煤液壓支架 1982 年，煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所與沈陽煤炭研究所共同設(shè)計， 鄭州煤礦機械廠制造的 FY400-14/28 型放頂煤液壓支架是我國首次研制成的放 頂煤液壓支架。1984 年在沈陽礦務(wù)局蒲河礦投入試驗，開始取得了較好的效 果，后來因支架的穩(wěn)定性差，工作面發(fā)火中止了試驗。雖然沒有取得預(yù)期的效 果，但人們看到了這種新型支架的前景，從此拉開了設(shè)計、研制放頂煤液壓支 架的序幕。經(jīng)過我國煤炭科技工作者的努力，研制成功了數(shù)十種放頂煤液壓支 架。兗州礦務(wù)局東灘煤礦使用國產(chǎn)放頂煤液壓支架創(chuàng)造了年產(chǎn) 410 萬 t 的高產(chǎn) 高效記錄，這標志著我國放頂煤液壓支架的設(shè)計、制造走在了世界前列。 我國放頂煤液壓支架發(fā)展從低位放頂煤液壓支架的研制開始，經(jīng)歷了高位、 中位，現(xiàn)在又回到低位。最初的放頂煤支架采用的是低位放煤，代表架型是 FY400-14/28 型放頂煤液壓支架，結(jié)構(gòu)如圖 1.6。1987 年平頂山礦務(wù)局引進了 匈牙利 VHP-732 型放頂煤支架，該支架在緩傾斜工作面試驗，最高月產(chǎn)達 5.5 萬 t，獲得了成功。隨即我國研制成了高位放頂煤液壓支架，結(jié)構(gòu)如圖 1.7。 由于其放煤口高、放煤口小、存在頂煤損失大、放煤與采煤機割煤不能平行作 業(yè)、效率低等缺點，已基本淘汰。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 12 - 圖 1.6 FY400-14/28 型放頂煤液壓支架 圖 1.7 高位放頂煤液壓支架 80 年代末 90 年代初，我國研制出中位放頂煤液壓支架，結(jié)構(gòu)如圖 1.8。 這種支架比單輸送機高位放頂煤液壓支架有所改進，有兩部輸送機，放煤與割 煤可以平行作業(yè)，提高了效率，放煤口比高位放頂煤支架有所降低。隨著放頂 煤實踐的深入，中位放頂煤支架也暴露出一些突出缺點，主要是放煤口仍然較 小，受結(jié)構(gòu)限制，放煤口不能連續(xù)，有背脊損失，采出率低，后部空間狹小， 維修和清理浮煤不方便，底座前端比壓大等。針對中位放頂煤液壓支架存在的 問題，我國又研制出低位放頂煤液壓支架，其結(jié)構(gòu)如圖 1.9。早期的低位放頂 煤液壓支架是由鋪網(wǎng)液壓支架演變而來，其基本結(jié)構(gòu)和鋪網(wǎng)支架類似，只是尾 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 13 - 梁上加上了插板，用于放煤，低位放頂煤液壓支架是目前使用效果較好的架型。 北京開采所在研究各種支架特點和使用經(jīng)驗基礎(chǔ)上研制出一種反向四連桿低位 放頂煤液壓支架，其結(jié)構(gòu)更加合理，用途更加廣泛。 圖 1.8 中位放頂煤液壓支架 圖 1.9 低位小插板放頂煤液壓支架 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 14 - 1.1.3 液壓支架的發(fā)展動向 近幾年來，為適應(yīng)采煤綜合機械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā) 展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計，它的結(jié)構(gòu)形式已達數(shù)百種。在緩斜薄及中厚煤 層中，液壓支架一獲得廣泛應(yīng)用，但是由于煤層儲存條件復(fù)雜，支架的結(jié)構(gòu)還 不夠完善，設(shè)備需要管理和操作經(jīng)驗，所以液壓支架的使用仍受到限制。 為了改進之間的支護性能，提高它對不同礦山條件的適應(yīng)性，擴大適用范 圍，延長使用壽命，目前液壓支架喲下列及方面的發(fā)展動向： 1. 大力發(fā)展掩護式和支撐掩護式支架，對其他形式的支架，應(yīng)用逐漸減 少。 2. 液壓支架的進一步發(fā)展，是著重解決擴大使用范圍的問題。目前，各 國正在研制大傾角，大采高。大截深和薄煤層支架，并使支架和采煤機更好的 配合。 3. 采用高壓乳化液泵，以提高支架的初撐力，很多國家使用的泵站壓力 已達到 400MPa 以上。 4. 為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安全操作，開始采用“多芯管”先導(dǎo)式 鄰架控制的操縱方式。 5. 為加快支架移設(shè)速度，進一步改善操作條件，支架控制正在向自動控 制方式發(fā)展。目前，分組程序控制一開始使用，全工作面的自動控制還處于研 究階段。 1.2 設(shè)計目的 采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之 路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤機械設(shè)備， 迅速增加綜合機械化采煤工作面（簡稱綜采工作面） 。而每個綜采工作面平均 需要安裝 150 臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 15 - 由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機械性 質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效地支護和控制頂板，必須設(shè) 計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計工作是很重 要的。由于液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。 1.3 設(shè)計要求 （1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求,液壓支架要有足夠的初承力和 工作阻力,以便有效的控制頂板,保證其合理的下沉量。 （2）液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100KN 左右,移 架力按煤層厚度而定,薄煤層一般為 100～150KN,中厚煤層一般為 150～250KN. (3) 排煤性能要好。 (4) 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼 吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 (5) 為了操作和生產(chǎn)的需要,要有足夠?qū)挼娜诵械馈?(6) 調(diào)節(jié)范圍要大,照明和通訊方便。 (7) 支架要求有足夠的剛度,能夠承受一定的不均衡載荷和沖擊載荷。 (8) 支架穩(wěn)定性要好,底座最大比壓小于規(guī)定值，要易于拆卸,結(jié)構(gòu)簡單。 (8) 在滿足強度條件下,盡可能減輕支架重量，液壓元件要可靠。 (10) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單, 液壓元件要可靠。 1.4 放頂煤液壓支架的分類 按與液壓支架配套的輸送機的臺數(shù)，放頂煤液壓支架可分類如下： 插底式 單輸送機 不插底式 放頂煤液壓支架 單鉸接式 開天窗式 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 16 - 雙輸送機 四連桿式 前四連桿式 插板式 后四連桿式 按放煤口位置，放頂煤液壓支架可分類如下： 高位（單輸送機開天窗式） 放頂煤液壓支架 中位（雙輸送機開天窗式） 低位（雙輸送機插板式） 1.5 低位放頂煤液壓支架的特點 這是一種雙輸送機運煤、在掩護梁后部鉸接一個帶有插板的尾梁、低位放 煤的支撐掩護式液壓支架。這類支架有一個可以上下擺動的尾梁(擺動幅度在 450左右)，用以松動頂煤，并維持一個落煤空間。尾梁中間有一個液壓控制的 放煤插板，用于放煤和破碎大塊煤，具有連續(xù)的放煤口。已投入使用的低位放 頂煤掖壓文架，前四連桿式的有 FY280—l 4／28 型，后四連桿式的有 ZFP 5200／17／32 型。這類支架由于具有許多特點，并且不斷改進，適應(yīng)性增強， 具有良好的推廣前景，其主要特點如下： (1)由于具有連續(xù)的放煤口，放煤效果好，沒有脊背煤損失，回收率高。 (2)和其他支架相比，從煤壁到放煤口的距離最長，經(jīng)過頂梁的反復(fù)支撐 和在掩護粱上方的垮落，使頂煤破碎較充分，對放煤極為有利。 (3)后輸送機沿底板布置，浮煤容易排出，移架輕快，同時尾梁插板可以 切斷大塊煤，使放煤口不易堵塞。 (4)低位放煤使煤塵減少。 (5)前四連桿低位放頂煤液壓支架的抗扭及抗偏截能力差，支架的穩(wěn)定性 較差。 (5)尾梁擺動力和向上的擺角較小，破煤和松動頂煤的能力差。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 17 - 這類支架的原始形式是前四連桿式，在礦區(qū)較小的急斜水平分段開采時比 較適應(yīng)，使這種架型在緩斜長壁工作面中發(fā)揮其優(yōu)勢，幾年來作了如下的探索： (1)把四連桿的上聯(lián)接位置由頂梁上改在掩護梁上，使支架底部和上部的 連接位置更接近扭轉(zhuǎn)力矩的作用點，增加了支架強度，減少了支架的損壞，形 成了目前在緩斜工作面大量使用的后四這桿式低位放頂煤液壓支架。 (2)大幅度加強前四連桿本身以及它與頂梁、底座的聯(lián)接強度， 這種作 法增加了支架的重量，有的重達 20t 以上，但設(shè)計時容易實現(xiàn)加大后部運輸空 間和增加破煤能力。 (3)增大后部空間和尾梁向上擺動的力，使其在較硬煤層中使用時也可讓 頂煤順利放落和運出，如 ZFPS5200／17／32 型支架尾梁端部向上擺動力可達 到 500kN，使用效果良好。 (4)后四連桿前連桿設(shè)計為 Y 型，后連桿設(shè)計為 I 型，增大了支架的、后 人行道的寬度并加大了后部的人員工作與維護空間。 (5)把后輸送機千斤頂耳座與底座的聯(lián)接改為活聯(lián)接，改善了運輸狀況。 在后輸送機與千斤頂之間增加了結(jié)構(gòu)件推桿，以避免后輸送機與千斤頂活塞桿 彎曲并防止輸送機和支架下滑。 前四連桿式支架和后四連桿式支架相比后部空間較大，且重量也輕。 1.6 低位放頂煤液壓支架的適應(yīng)性 前四連桿式支架在急斜水平分段放頂煤綜采中取得成功，如對四連桿及有 關(guān)聯(lián)接件再進一步增加強度，成為定型設(shè)備，可以不考慮在急斜條件下使用后 四連桿式支架。 緩斜中硬難放煤層在選型時考慮到低位放頂煤液壓支架的強度低，又無成 功的實例，往往選用中位放頂煤液壓支架，但受到放煤口的限制，實際上也未 能很好解決其放煤問題。仔細研究各類放煤支架，就會發(fā)現(xiàn)，只有前四連稈式 支架具備大幅度擺動掩護梁破煤的條件。有的低位放頂煤液壓支架采取強化四 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 18 - 連桿及聯(lián)接銷鈾，把擺動掩護梁的千斤頂一端布置在底座上，而不是布置在頂 梁上，盡管這種架型尚無滿意的效果，但這種探索無疑是很有意義的。 后四連桿式支架在煤層硬度系數(shù) f＝2 左右，層節(jié)理比較發(fā)育的緩斜厚煤 層中使用取得很大成功，如在潞安礦務(wù)局五陽煤礦、王莊煤礦和兗州礦務(wù)局興 隆莊煤礦、鮑店煤礦。這種架型與設(shè)計先進的過渡支架配合使用，創(chuàng)出了新水 乎，被廣泛推廣使用。如石炭井礦務(wù)局烏蘭礦將這種支架與過渡支架、端頭支 架配套使用，在傾角為 240的工作面上取得了成功。由此表明了后四連桿式放 頂煤液壓支架在緩斜中硬煤層和傾斜厚煤層中均有良好的適應(yīng)性和使用前景。 1.7 低位放頂煤液壓支架的主要結(jié)構(gòu) 低位放頂煤支架的設(shè)計要充分依據(jù)煤層的賦存條件，頂、底板狀況，礦壓 大小，工作 面傾角，及煤層厚度、層理裂隙發(fā)育情況、硬度和開采方法等，支架總體技術(shù) 參數(shù)的確定 應(yīng)滿足： (1)工作阻力、支護強度的要求 (2)穩(wěn)定性要好，抗扭能力強， (3)頂梁、掩護梁以至尾梁密封性 (4)拉架力大，走得動； (5)能放煤，出煤易控制， (6)液壓系統(tǒng)簡單合理； (7)噴霧降塵裝置可靠實用。 這樣在設(shè)計支架各個部件時，不僅要滿足強度要求，還要總體性能好。 低位放頂煤支架的主要結(jié)構(gòu)有前梁(伸縮式或挑梁式)、頂梁、掩護粱、尾 梁、前連桿、后連桿、底座推移裝置、立柱及各種千斤頂、液壓控制系統(tǒng)等組 成。 1.7.1 低位放項煤支架主要部件設(shè)計要求 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 19 - 各部件設(shè)計要滿足總體配套的要求，就是應(yīng)滿足采煤機，雙輸送機和支架 配套的空間 要求．支架前部能及時支護，后部便于放頂煤；應(yīng)有噴霧降塵裝置，為防止煤 的自燃發(fā)火 應(yīng)安裝必要的輔助裝置。同時對支架本身應(yīng)采用后四連桿機構(gòu)，保證支架穩(wěn)定， 放煤增設(shè) 擺動伸縮式尾梁，以調(diào)整工作空間和放煤口大小，改善掩護梁受力狀況；應(yīng)使 頂粱(包括 前梁)校長，以利頂煤在礦壓作用下能較好的被壓碎。 各部件設(shè)計的基本要求； 1)四連桿機構(gòu)應(yīng)進行優(yōu)化設(shè)計，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳， 結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。 2)前梁無論是伸縮式或是挑梁式，都應(yīng)能及時支護頂板。前梁由前梁千斤 頂控制，可上 下擺動 150，與頂板保持良好的接觸，維護機道上方頂板。伸 縮梁靠伸縮千斤頂和 前梁作相對滑移，用以及時支護新暴露的頂板。挑梁是和前梁鉸接的可翻轉(zhuǎn)支 護板，由防 片幫千斤頂控制，可及時支護，并超過水平線上挑 30－5 0，拉架時收回，還可 在移架后支護煤壁，以防止片幫。 3)頂梁。頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。它可多次 反復(fù)支撐頂煤，以利于放煤。頂梁裝有側(cè)護板，活動側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防 止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。若四連桿機構(gòu)與頂梁鉸接，要有可靠的鉸接 支座。 4)掩護梁。它用于承受部分煤、矸載荷，防止其竄入后輸送機的工作空間， 保證支架、后輸送機正常運行。根據(jù)不同的支架類型，掩護梁有伸縮插板式和 在下端餃接一伸縮尾梁式，它裝有側(cè)護板．作用與頂梁側(cè)護板同。掩護梁受扭 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 20 - 力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。 5)底座。其作用是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。它既要有足 夠的強度和剛度，又應(yīng)滿足底板比壓不超限。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在 底座上鉸接四連桿機構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置拉后輸送機的 千斤頂和推移桿。 6)推移裝置。此機構(gòu)關(guān)系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組成。 推移桿結(jié)構(gòu)有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。 7)尾梁。四連桿機構(gòu)與掩護梁鉸接的支架，在掩護梁下鉸接一可轉(zhuǎn)動的伸 縮插板尾梁，用以放煤、保證過煤高度及維護工作空間。對于大塊煤可利用插 板進行破碎。尾梁裝有側(cè)護板，作用與頂梁、掩護梁的側(cè)護板相同。 8)液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂。液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成， 它應(yīng)保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達到設(shè)計技術(shù)參數(shù)。 1.7.2 前粱的設(shè)計 （1） 伸縮式前梁(圖 1－10) 圖 1－10 伸縮式前梁 伸縮式前梁在頂梁前部鉸接，由前梁體和伸縮梁組成，均是結(jié)構(gòu)件。其強 度應(yīng)根據(jù)前 梁千斤頂?shù)墓ぷ髯枇泶_定，伸縮梁可伸出 600mm。按伸縮千斤頂?shù)陌惭b位置 可分為埋入 式和外裝式．但不論何種，伸縮梁和前梁梁體間導(dǎo)向結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，運行可靠， 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 21 - 不能造成別卡 現(xiàn)象，其端部承載力在未伸出時一股為 100 一 160kN。 （2） 挑梁式前梁 圖 1－11 挑梁式前架 挑梁式前梁由前梁和挑梁組成，均為鋼板焊成的箱式結(jié)構(gòu)件，前梁前部與 跳梁鉸接，并設(shè)有與前梁千斤頂，防片幫千斤頂鉸接的耳座。強度設(shè)計按前梁 千斤頂?shù)墓ぷ髯枇碛嬎悖傲呵岸顺休d力 l00 一 180kN，前梁下部有起吊孔， 以使用于維修輸送機等工作。挑梁由防片幫千斤頂控制轉(zhuǎn)動，可及時支護頂板， 采煤機通過前收回挑梁，應(yīng)在強度、結(jié)構(gòu)允許的條件下，力求減少前梁和挑梁 的總高，一般宜小于 400mm，不應(yīng)超過 450mm，以免影響采煤機通過。 前梁一般前窄后寬，沒有側(cè)護板，但遇到軟煤或頂煤穩(wěn)定性差，也可設(shè)計 成具有側(cè)護板，用彈簧、千斤頂控制，解決斷面控頂和粉塵問題，如 ZFSB3200/16/28 型放頂煤支架的前梁就是這樣的（圖 1-12） 。 圖 1-12 帶測護板的前梁 1.7.3 頂梁的設(shè)計 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 22 - (1）中四連桿結(jié)構(gòu)的頂梁（圖 1-13） 圖 1-13 中四連桿的頂梁 頂梁前、后分別與前梁和掩護梁鉸接，四個球面柱窩與立柱的活柱頭相連。 頂梁有鉸接耳座與四連桿機構(gòu)的上連桿連接，此外還設(shè)有所需千斤頂?shù)亩?如前梁、掩護梁千斤頂耳座。頂梁體箱式結(jié)構(gòu)件的設(shè)計可根據(jù)總體受力分析， 按不同支護高度時各部件最大受力值計算其強度。一般前、后柱窩斷面為最危 險斷面，斷面安全系數(shù) n 應(yīng)大于 1.1，同時要充分考慮各個鉸接孔的擠壓強度， 以免孔受塑變拉長而損壞，特別是與上連桿鉸接的耳座，一定要加大強度。 側(cè)護板與導(dǎo)桿連接的結(jié)構(gòu)以長方形拉板為好。板厚 20mm，可保證導(dǎo)桿和測 護板的連接強度。 (2） 后四連桿結(jié)構(gòu)的頂梁 其結(jié)構(gòu)與一般四柱支撐持護式支架相同，梁體由鋼板焊成箱式結(jié)構(gòu)件，設(shè) 計強度要求同上，安全系數(shù) n 大于 1.1，側(cè)護板設(shè)計要考慮降架時不與鄰架側(cè) 護板脫離接觸。側(cè)護板采用長方形拉板與導(dǎo)桿連接，板厚 20mm，支架工作阻 力 4000kN 以上時，側(cè)推千斤頂選取內(nèi)供液式，有利于保證梁體的焊接強度。 1.7.4 掩護梁的設(shè)計 (1)中四連桿結(jié)構(gòu)的掩護梁(圖 1-14) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 23 - 圖 1-14 中四連桿結(jié)構(gòu)的掩護梁 掩護梁上有耳座，用以安設(shè)掩護梁擺動千斤頂，千斤頂連接在頂梁與掩護 粱之間，如 FY280—14／28 型支架，或連接掩護梁與底座，如 FY40 0-14／28 型支架。掩護梁設(shè)有側(cè)護板，還有千斤頂控制的伸縮插板，因此掩護梁體結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，是鋼板焊成的箱式結(jié)構(gòu)件。掩護梁受力復(fù)雜，彎扭嚴重，因此各斷面的 安全系數(shù) n 應(yīng)大于 1.3。這種支架的掩護梁長度大，插板的導(dǎo)向裝置要可靠， 它不僅要破煤還要能擋矸，掩護粱要能上下擺動，便于放煤，其強度要大而可 靠。 (2)后四連桿結(jié)構(gòu)的掩護梁(圖 1-15) 圖 1-15 后四連桿結(jié)構(gòu)的掩護梁 掩護梁下部與前、后連桿相連，下端與尾梁鉸接，還設(shè)有尾梁千斤項的耳 座。它的長度較短，約 1．5m，結(jié)構(gòu)緊湊，并有側(cè)護板，活動側(cè)護板由千斤頂 和彈簧控制，側(cè)護板的橫向?qū)挾龋源笥谝萍懿骄?，這樣移架時能與不動的 鄰架間保持封閉。掩護粱是由鋼板焊成的箱體結(jié)構(gòu)，因與它相連的部件較多， 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 24 - 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意互不干涉。由于掩護梁受力復(fù)雜，特別是彎扭和橫向載荷， 設(shè)計時各斷面安全系數(shù)應(yīng)大于 1．3；計算連結(jié)前、后連桿鉸接孔時應(yīng)注意擠 壓強度，在梁體還應(yīng)設(shè)有吊裝孔，以利后輸送機的維護安裝。 1.7.5 底座的設(shè)計 (1) 中四連桿結(jié)構(gòu)底座(圖 1-16) 底座為整體式剛性底座，四連桿機構(gòu)鉸接在底座前部(有的鉸接在中部或 后部)，有四個球面柱窩與立往缸底相連，底座中間布置有推移裝置，側(cè)面有 拉后輸送機千斤頂固定耳座。該底座整體性強，穩(wěn)定性好，與底板接觸面積大， 比壓小。由于四連桿機構(gòu)在中部連接，使底座受力狀態(tài)不好。上連桿與底座的 鉸接座為兩凸出的內(nèi)主筋形成的箱體結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理設(shè)計，使突變過渡處強度足 夠，呈圓弧狀過渡，以免損壞。 圖 1-16 中四連桿結(jié)構(gòu)的底座(FY-280 型) (2)后四連杯結(jié)構(gòu)的底座（圖 1-17) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 25 - 圖 1-17 后四連桿結(jié)構(gòu)的底座 底座為整體式剛性底座，四連桿機構(gòu)鉸接在底座后部，在兩內(nèi)主筋中間形 成的較高的鉸點位置，這主要是為了形成足夠的后工作空間，在不影響人行通 道的基礎(chǔ)上，前、后連桿鉸接點應(yīng)盡量前移。在兩內(nèi)主筋間下部布置有推拉裝 置。有四個球面柱窩與立柱缸底相連，在底座側(cè)面靠前位置設(shè)有拉后輸送機千 斤頂?shù)目刹鹧b固定耳座。該底座整體性強，穩(wěn)定性好，比壓小。 1.7.6 四連桿機構(gòu)的連桿設(shè)計 (1)中四連桿結(jié)構(gòu)的連桿設(shè)計 該機構(gòu)由單片上連桿和兩片小連桿組成(圖 1-18)。所有連桿均為箱式結(jié)構(gòu) 件，用以克服頂板指向采空區(qū)的水乎力，增加支架穩(wěn)定性；但承受橫向力和扭 力的性能較差，在設(shè)計時對其鉸接孔的強度、擠壓壽命應(yīng)更加重視。兩種連桿 不能按常規(guī)設(shè)計，橫斷面應(yīng)盡量加 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 26 - 圖 1-18 中四建桿結(jié)構(gòu)的連桿 大，以提高安全系數(shù)。在以往實踐中曾發(fā)生過由于連桿不能適應(yīng)井下條件而造 成損壞，特別是上連桿，該連桿機構(gòu)加大了支架的后部工作空間。 (2) 后四連桿結(jié)構(gòu)的連桿設(shè)計 l)前連稈的設(shè)計 為保證支架的穩(wěn)定性，加大抗扭力并滿足工作空間的結(jié)構(gòu)要求，前連桿可設(shè)計 成 Y 形，比設(shè)計成彎曲形要合理，其強度不低于兩單片前連桿，它與掩護梁兩 處鉸接，與底座一處鉸接，它由兩個折彎柱體焊接成一個結(jié)構(gòu)件，增大連桿的 抗彎、扭能力，提高穩(wěn)定性。多年實踐也證明其效果良好。由于和底座為單處 鉸接，使工人操作及設(shè)備布置具有合適的空間，液壓系統(tǒng)的一組操縱閥可布置 在其下部，設(shè)計時要考慮不影響立柱布置。 2）后連桿的設(shè)計 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 27 - 后連桿為單片箱形結(jié)構(gòu)件。其布置在掩護梁與底座中間，與底座的鉸接點離底 座較高，這樣可增加后工作空間；其結(jié)構(gòu)簡單，但設(shè)計時安全系數(shù)要加大。實 踐證明，使用效果很好。 1.7.7 推移機構(gòu)的設(shè)計 目前推移機構(gòu)多采用倒拉架，長推桿(圖 1-19a)或兩節(jié)短推桿機構(gòu)(圖 1- 19b)，其拉架力大。推桿都采用鋼板焊接成的箱體，強度好。長推桿用在工作 面傾角大的條件下，有利于防止前輸送機下滑，但應(yīng)注意具有足夠的浮煤通道。 圖 1-19 推稈機構(gòu) a－長推桿；b－短推桿 此外還有一種直推式短程架機構(gòu)(圖 1-20)，這種機構(gòu)的推桿可較上一種縮短 近半，但相同缸徑的拉架力沒有倒拉架機構(gòu)的大，而且對浮煤、矸的處理更加 不易。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 28 - 圖 1-20 短框架推移機構(gòu) 1.7.8 放煤口及放煤機構(gòu)的設(shè)計 低位放頂煤支架的放煤口是由掩護梁和插板或?qū)恿杭捌淝Ы镯敽筒灏逍纬伞?不論何 架型，其橫向長度均為架寬，即 1500mm，縱向長度根據(jù)架型、配套設(shè)備不同 而異。 (1)中四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機構(gòu)設(shè)計 這種支架的掩護梁由鉸接在頂梁上的平衡千斤頂支撐或鉸接在底座上的千 斤頂支撐。掩護梁下部有可伸縮插板，放煤時收回插板，利用千斤頂?shù)纳?、縮， 調(diào)控放煤口進行放煤，放煤后伸出插板擋住矸石流入后輸送機內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)能 滿足放煤工藝、放煤口及工作空間的要求。從支架整體設(shè)計看，其橫向穩(wěn)定性 較差，特別是那種由底座上雙千斤頂支撐掩護梁的支架，極易將千斤頂及其支 座損壞。 (2)后四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機構(gòu)設(shè)計 在該支架后部由掩護梁、前、后連桿、底座、尾梁和尾梁千斤頂形成工作 空間，用以放煤和布置后輸送機，由尾梁及其千斤頂組成放煤機構(gòu)(圖 1-21)。 操縱鉸接在掩護梁上的尾梁千斤或擋矸。向下轉(zhuǎn)動尾梁時收回插板進行放煤， 可視情況反復(fù)多次進行放煤。尾梁千斤頂為 2 個，缸徑有 φ125、φ140、φ160mm 三種規(guī)格，可根據(jù)井下條件選用。插板千斤頂為 1— 2 個，缸徑 φ80mm。該架型穩(wěn)定性好，利于放煤，放煤口大，操作方便。 尾梁由尾梁體、插板、插板千斤頂、側(cè)護板及其千斤頂組成。尾梁體和插 板那是由 L6Mn 銅板焊成的箱體結(jié)構(gòu)，由插板千斤頂操縱插板在尾梁體的鑄件 導(dǎo)軟上滑動，實現(xiàn)伸縮。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 29 - 圖 1-21 后四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機構(gòu) 1-前連桿；2-底座；3-后連桿；4-掩護梁；5-尾梁；6-插板千斤頂；7-插 板；8-尾梁千斤頂；9-放煤時尾梁位置；10-后部輸送機；11-尾梁結(jié)構(gòu) 尾梁長度的確定應(yīng)滿足工作空間，保證后輸送機的過煤高度要求，插板千斤頂 的行程應(yīng)滿足擋矸要求，插板應(yīng)盡可能加寬，以減小架向間隙，尾梁可上擺 70 一 l00，下擺 380。 二、 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 液壓支架的選型 2.1.1 液壓支架結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 30 - 根據(jù)以往液壓支架設(shè)計的經(jīng)驗總結(jié)，考慮到不同架型 和機構(gòu)的支架―― 圍巖力學(xué)相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點，可以對掩護式與支撐掩護式 結(jié)構(gòu)進行比較。 （1）液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表 2-1） 表 2－1 不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較 支架型式 結(jié)構(gòu)特征 主要力學(xué)特性 支掩 式 二支柱掩護式 支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大 掩 護 式 支頂 式 二柱支頂掩護 式 支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對 頂板的主動水平力較大，前端支撐力大 支頂 支掩 四柱（或三柱） 穩(wěn)定性好，抗水平力強，比壓均勻，但支柱能力利 用率低 四柱 X 型 頂梁合力調(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高 支 撐 掩 護 式 支頂 式 四柱支撐掩護 式 承載力大，切頂能力強，比壓較均勻 （2）支架選型要素及簡要評價。 液壓支架結(jié)構(gòu)選型必須考慮的要素及對各類型支架的評價（見表 2－2） 表 2－2 支架類型評價 支架類型 支撐式 要素 插底掩護 式 一般掩護 式 支撐掩護 式 垛式 節(jié)式 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 31 - 直接頂冒落傾向 優(yōu) 良 良 差 差 基本頂周期來壓 差 良 優(yōu) 優(yōu) 良 底板壓入傾向 良 差 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 防煤壁片幫 優(yōu) 良 優(yōu) 差 差 通風斷面 差 良 良 差 差 頂梁前端支撐力 優(yōu) 良 良 差 差 頂梁后段切頂性 差 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 對頂板遮蓋率 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 差 隔絕采空區(qū)能力 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 差 橫向穩(wěn)定性 良 優(yōu) 優(yōu) 差 差 對采高適應(yīng)性 良 優(yōu) 優(yōu) 差 差 支撐效率 差 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 支護強度 良 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 支 架 圍 巖 適 應(yīng) 性 對傾角適應(yīng)性 良 優(yōu) 良 良 差 2.1.2 液壓支架的架形選擇原則 在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大 的設(shè)備投資，導(dǎo)致不必要的浪費。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經(jīng)濟 效益關(guān)系重大。 液壓支架架形的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適用礦井的頂 底板條件和其它地質(zhì)條件。在同時允許選用幾種架形時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜 的支架，支承式支架最便宜，其次為掩護式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩 護式支架適合于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護式支架適合于周期來壓 強烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。 在綜采工作面支架選型時，還應(yīng)注意下述四點原則： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 32 - (1) 對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護式支架。但在底板 極松軟條件下，必須嚴格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比 壓即極限載荷強度。在此條件下，通常應(yīng)避免使用重型支架。 (2) 對于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強烈和十分強烈的頂板， 應(yīng)優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護式支架。 (3) 眾所周知，三點決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一 根支柱對頂板的實際支撐力很低，因而二柱式掩護支架支撐能力利用率高于四 柱式。即二柱式支架對頂板的實際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架， 特別是對機道上方頂板的支護強度。 （4）在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應(yīng)注意對機道上方的頂板控制， 包括增加前任阻力及可伸縮前梁等。 2.1.3 影響架形選擇的因素 液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制，因此， 以上因素都會影響到支架的選型。 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級 別，由表 3-1-5 見《綜采技術(shù)手冊》 （上冊）中直接選出架型。 （1）煤層厚度 ① 當煤層厚度超過 1.5m，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能 力強的支架，一般不用支承式支架。 ② 當煤層厚度達到 2.5m～2.8m 以上時，需選擇帶有護幫裝置的掩護式或 支承掩護式支架。 ③ 煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護式，帶有機械加長桿 或雙伸縮立柱的支架。 ④ 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護式支架。 （2）煤層傾角 ① 煤層傾角25°時，排頭支架設(shè)防倒滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工 作面中部輸送機設(shè)置防倒滑裝置。 （3）底板強度 ① 驗算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。 ② 為使移架容易，設(shè)計時要使支架底座前部比后部的比壓小。 (4) 瓦斯含量 對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并選用通風端面較大 的支承式或支承掩護式支架。 (5) 煤層硬度 當煤層為軟煤層時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤層時，支架最大采高 一般≤3.5m；硬煤層時，支架最大采高<5m。 (6) 地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在 5～8㎡以下時， 時間在 20min 以上時，暫不宜使用綜采。 (7) 設(shè)備成本 綜合各條件，宜選用支撐掩護式支架的架形，即本人畢業(yè)設(shè)計所選擇架型。 2.2 主要設(shè)計參數(shù) ZFS4000/14/28 型支撐掩護式液壓支 頂板條件：老頂 Ⅲ級 直接頂 2 類 底板比壓: 1.5MPa 工作阻力：4000kN 推溜力： 150KN 拉架力： 300KN 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 34 - 泵站壓力：32MPa 適應(yīng)煤層傾角：<150 支架高度：1.4～2.8m 支架寬度：1.43m 初撐力：2508KN 支護強度：0.656~0.715KN/m （在使用范圍內(nèi)）2 采用 ZFS4000/14/28 型支撐掩護式液壓支架，其工作阻力為 3921kN，初 撐力 2508kN，支護強度大于 656KN/m ，對底板的比壓為 1.5MPa，能夠滿足地2 質(zhì)條件及礦區(qū)的要求。支架寬度為 1420～1590mm，中心距為 1.5m，支架最低 時長 5m 左右。支架高度為 1.4～2.8m，滿足其采高要求?？紤]運輸機的拉架 強度，支架總量約為 11.2t。 液壓支架的架型選擇 1.確定老頂級別和直接頂類別 （1）老頂級別的確定 老頂級別按老頂來壓強弱來劃分。老頂來壓強弱取決于冒落帶巖石對采空 區(qū)充滿程度 N（N 為直接頂厚度 M 與采高 h 之比）老頂初次來壓步距 Lp。通常 按 N 和 L,把老頂分為四級見表 2-3。 老頂級別 老頂級別 老頂級別 老頂級別 老頂級別 老頂來壓 不明顯 明顯 強烈 極強烈 指標 N=3～6 0.3
50 比值 N 應(yīng)根據(jù)采煤工作面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中的 M 和 h 來計算。 老頂初次來壓步距 Lp 可根據(jù)現(xiàn)場實測或礦壓顯現(xiàn)特征確定。 （2）直接頂類別按表 2－4 來確定 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 35 - Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ指標 類別 不穩(wěn)定頂 板 中等穩(wěn)定頂 板 穩(wěn)定頂板 堅硬頂板 主要 指標 強度指 數(shù) D1 3 3.1~7 7.1~12 >12 參考 指標 直接頂 初次垮 落步距 l（m） ?8 9-18 19-25 >25 無直接頂,巖層厚度在 2-5 米 以上,? >60~80 2.支架架型和支護強度的確定 按表 2-5 根據(jù)老頂級別和直接頂類別來確定支架架型,再根據(jù)老頂級別和 采高確定支架強度. 支護強度被定義為單位支護面積的支護阻力. 老頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂級別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 液壓支架架型 掩 護 掩 護 支 撐 掩 護 掩 護 和 支 撐 支 撐 支 掩 支 掩 掩 護 和 支 撐 掩 護 和 支 撐 支撐或支掩 液壓 支架 支護 強度 kN/m 采高 1m 采高 2m 采高 3m 采高 4m 294 343（245） 441（343） 539（441） 1.3×294 1.3×343(24 5) 1.3×441(34 3) 1.6×294 1.6×343 1.6×441 1.6×539 >2×29 4 >2×34 3 >2×44 應(yīng)結(jié)合深 孔爆破,軟 化頂板等 措施處理 采空區(qū) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 36 - 2 1.3×539(44 1) 1 >2×53 9 2.3 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.3.1 液壓支架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式的確定 1. 支架高度的確定 一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。 對于大采高支架，按下式確定支架高度，即 H ＝M 十(200～400)mmmax H =M -(500～400)mmin H ———支架最大高度(mm)； H ———支架最小高度(mm)；i M ———最大采高(mm)；ax M ———最小采高(mm)min M ＝K Ma1S C M =K Min2 式中 M ——— 煤層平均厚度； C K 、K ———煤層厚度上、下波動系數(shù)，一般取1S2 K ＝1．1～1．3，K ＝0．8～0．90。2S 對于中厚煤層支架，按下式確定支架高度， 即： H ＝M ＋(200～300)max H ＝M －(300～400)ini 對于薄煤層支架，則按下式確定支架高度，即 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 37 - H ＝M ＋(100～200)max H ＝M －(150～250)ini 支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架 適用范圍越廣調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計造成困難，可靠性降低。支架最大高度 和最小高度取值應(yīng)符合表 2－3 支架高度系列單位（ｍ） 表 2－6 支撐掩護式液壓支架高度系列表 HmaxHminHmaxH in 1.0 0.5 3.1 1.6 1.1 0.55 3.2 1.7 1.2 0.6 3.3 1.8 1.3 0.65 3.5 1.9 1.4 0.7 3.8 2.0 1.5 0.75 4.0 2.1 1.6 0.8 4.2 2.2 1.7 0.9 4.5 2.3 1.8 1.0 4.7 2.4 2.0 1.1 5.0 2.5 2.2 1.2 5.3 2.6 2.5 1.3 5.5 2.7 2.8 1.4 6.0 2.8 3.0 1.5 綜合以上分析我們在設(shè)計過程中取 H ＝2800mm，H =1400mm。maxin 2.支架伸縮比 支架的伸縮比指其最大與最小高度之比 M= H / H =2maxin 中心距和寬度的確定 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 - 38 - 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大 部分采用 1．5m。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用 1．75m，輕型支架為 適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 1.25ｍ。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運輸安裝 和調(diào)高要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護板一般形成 170～200mm。當支架中 心距為 1.5ｍ時，最小寬度一般 1400～1430mm，最大寬度一般 1570～1600mm。當支架中心距為 1.75ｍ時，最小寬度一般 1650～1680mm，最 大寬度一般 1850～1880mm。當支架中心距為 1.25ｍ時，如果帶有活動側(cè)護板， 最小寬度一般 1150～1180mm，最大寬度一般 1320～1350mm；如果不帶活動側(cè) 護板，則寬度一般取 1150～1200mm。 綜合以上分析我們在設(shè)計過程中取中心距 1.5m 寬度取 1.43m 3. 支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩架中心間的距離，按如下公式計算： b = B + nC 式中 b:支架間距 B:每架支架頂梁總寬度 C:向鄰支架頂梁間的間隙 n:每架所包含的組架或框架數(shù)，總體自移式支架 n＝1，整體逐步式 支架 n＝2，節(jié)式組合邁步支架 n＝支架節(jié)數(shù)。支架間距 b 主要根據(jù)支架形式， 但目前主要根據(jù)刮板運輸機油槽節(jié)長度及槽