【正文】 結(jié)構(gòu)不同可分為活塞式和柱塞式；按伸縮不同可分為單伸縮式和雙伸縮式立柱。單作用立柱是屬于液壓升柱、自由降柱的工作方式，應(yīng)用較少，目前廣泛采用的是雙作用活塞立柱，依靠液壓力來實(shí)現(xiàn)升柱和降柱。在伸縮方式上，大多采用單伸縮，只有當(dāng)煤層厚度比較大，或?yàn)榱藬U(kuò)大支架調(diào)高范圍時才采用雙伸縮立柱。立柱結(jié)構(gòu)：液壓支架實(shí)際上是推力油缸作為支撐裝置，具有以下特點(diǎn)：立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成，由于支架工作時，立柱承受的載荷較大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結(jié)構(gòu)，以保證有足夠的剛度，活塞一般采用Y型密封圈，銅環(huán)導(dǎo)向，缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連接。立柱的頭部結(jié)構(gòu)為球型，頂梁、掩護(hù)梁、底座之間的連接采用銷軸活壓塊固定，以便立柱工作時有一定的適應(yīng)性。立柱的供液方式有外供液和內(nèi)供液兩種，一般雙伸縮立柱采用內(nèi)供液方式，單伸縮立柱大多用外供液方式，此方法簡單，加工、維修都很方便。為在一定范圍內(nèi)適應(yīng)煤層厚度變化，立柱上端可根據(jù)需要裝設(shè)機(jī)械加長桿，以增加支架高度，但其長度必須控制在立柱剛性所允許的范圍內(nèi)才可以。 液控單向閥液控單向閥是支架液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件之一，通常稱為“液壓鎖”。支架的工作可靠與否，與單向閥的密閉性能有直接關(guān)系，如果單向閥鎖不住立柱下腔的工作液體，支架就會出現(xiàn)自動慢慢下縮，是不允許的，如果液控單向閥動作不靈敏，則立柱的初撐力就達(dá)不到設(shè)計要求，因此要求液控單向閥密封可靠、動作靈敏，并要求使用壽命長。 安全閥安全閥也稱為定壓閥，它與液控單向閥組合在一起，是液壓支架不可缺少的一種控制閥。安全閥是使支架保持平衡工作特性和可伸縮性的重要元件，和液控單向閥一樣，它長期處于高壓狀態(tài)。支架經(jīng)常的工作狀態(tài)取決于頂板壓力逐漸增強(qiáng)和頂板巖石的極其緩慢下沉情況。若安全閥的密封性能不好，不能保證支架達(dá)到設(shè)計的工作阻力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，故要求安全閥的動作靈敏，閥的開啟壓力和關(guān)閉壓力差值很小，有一定的卸荷開口量，密封可靠和工作穩(wěn)定，沒有震蕩現(xiàn)象，有較長的使用壽命，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。液壓支架采用安全閥均為直動式，結(jié)構(gòu)簡單、工作靈敏度高，過載時，它能及時起到溢流作用，利用液壓和彈簧力的相互作用，以實(shí)現(xiàn)閥的開啟溢流和復(fù)位定壓作用。 操縱閥操縱閥是控制各液壓缸進(jìn)出油路使立柱完成各種動作的開關(guān)，故要求密閉性好，工作可靠、操作方便。操縱閥的機(jī)能通過和位數(shù)必須滿足支架的動作要求，操縱閥的機(jī)能一般在停止位置時，各個通路應(yīng)全部回液，相當(dāng)于“Y”型機(jī)能，故操縱閥上油液高壓進(jìn)液口和一個低壓回路上。操縱閥按控制不同，可分為手控、液控、電控和電液控四種，按動作原理可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。往復(fù)式：往復(fù)式操縱閥的閥芯元件是沿軸向做往復(fù)運(yùn)動，開閉進(jìn)出口油路實(shí)現(xiàn)換向作用。它采用結(jié)構(gòu)為二位三通或三位四通電磁閥構(gòu)成組合機(jī)構(gòu)，每個閥獨(dú)立操作可實(shí)現(xiàn)復(fù)合化。但體積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，閥的操作機(jī)構(gòu)一般采用杠桿式凸輪閉輪鎖的控制裝置，也可用電控或電液控，因此往復(fù)式操作有利于實(shí)現(xiàn)遙控和自動化?；剞D(zhuǎn)操縱閥：回轉(zhuǎn)操縱閥優(yōu)點(diǎn)是體積小，位數(shù)多，操作簡單方便，但只有單一動作，難以實(shí)現(xiàn)組合操作。 泵站泵站一般有乳化液泵、乳化液箱和一套壓力控制與保護(hù)裝置組成，裝在可沿軌道或底板移動的平板列車上，泵站是液壓支架的動力源，一般按設(shè)在中間運(yùn)輸巷內(nèi)，支架的液壓傳動以乳化液作為傳遞能量的介質(zhì)，泵站的工作壓力除了應(yīng)滿足支架初撐力要求的壓力和千斤頂?shù)淖畲髩毫ν猓€應(yīng)加上管路損失。 液壓支架工作狀態(tài)及布置圖25所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。每個工作面一般由滾筒采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、乳化液泵站和油管等主要設(shè)備組成。為了實(shí)現(xiàn)頂板及時支護(hù)，常采用先移架后推溜的方式。采煤機(jī)每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個主要動作過程。AA截面是采煤機(jī)割煤前支架的工作狀態(tài)。此時，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機(jī)緊靠煤壁。采煤機(jī)割煤后，支架尚未前移時（BB截面），端面距最大（等于采煤機(jī)截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護(hù)新裸露頂板時，端面距又達(dá)到最?。–C截面）。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。將輸送機(jī)推向煤壁，實(shí)現(xiàn)推溜。此時，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（DD截面），以便完成下一個動作過程。隨著采煤機(jī)割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個主要動作過程。從而對頂板進(jìn)行及時支護(hù)，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實(shí)現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過程機(jī)械化，提高采煤工作效率。圖25 液壓支架在工作面布置示意圖1－采煤機(jī) 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機(jī) 4－轉(zhuǎn)載機(jī) 5－刮板輸送機(jī) 6－主進(jìn)液管7－主回液管 8－乳化液泵 9－乳化液箱 10－端頭支架 11－單體液壓支柱 液壓支架的支護(hù)方式綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。3個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的3種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。即時支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤—移架—推溜。即時支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。滯后支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤—推溜—移架。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時間較長，梁端距大，支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。復(fù)合支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤—支架伸出伸縮梁—推溜—收伸縮梁—移架。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)。可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 設(shè)計目的采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)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)機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。而且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。由于不同采煤工作面的底板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效的支護(hù)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。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。 液壓支架設(shè)計的基本參數(shù)（1）頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢χЪ苓M(jìn)行選型。（2）最大和最小采高根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。（3）瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按安全規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。（4）底板巖性及小時涌水量 根據(jù)底板巖性及小時涌水量驗(yàn)算底板比壓。（5）工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。（6）煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。（7）井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。（8）配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計算頂梁長度。液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。 本文做的主要工作基本參數(shù)的確定四連桿機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計底座形式的選擇與設(shè)計頂梁形式的選擇與設(shè)計掩護(hù)梁形式的選擇與設(shè)計側(cè)護(hù)板形式的選擇與設(shè)計推移裝置形式的選擇與設(shè)計等等。3 大采高工作面概況及設(shè)備選型 工作面總體來壓情況圖3—1大采高工作面總體來壓規(guī)律表3—1頂板跨落來壓特征可以看出，在第1關(guān)鍵層(20m處)斷裂、垮落后，工作面來壓明顯增加，導(dǎo)致支架初撐力不足，斷裂線向煤壁方向移動，同時破斷角增大，工作面壓力顯現(xiàn)明顯。 大采高工作面設(shè)備選型 工作面設(shè)備選型配套原則(一)生產(chǎn)能力配套 工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機(jī)落煤能力，而刮板輸送機(jī)、液壓支架及運(yùn)輸巷運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力要高于采煤機(jī)生產(chǎn)能力的20％以上，要保證工作面高產(chǎn)，工作面運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力要大于采煤機(jī)的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿足采煤機(jī)高產(chǎn)快速運(yùn)行的要求。采煤機(jī)生產(chǎn)能力選擇，采煤機(jī)的生產(chǎn)能力的決定是依據(jù)工作面的年產(chǎn)量及每小時生產(chǎn)能力而確定的。采煤機(jī)生產(chǎn)能力(t／h)=60(min／h)采高(m)截深(m)采煤機(jī)牽引速度(min／m) 煤的密度 (t／m3 )系數(shù)刮板輸送機(jī)生產(chǎn)能力要高于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力。 液壓支架生產(chǎn)能力的確定，為了保證工作面采煤機(jī)連續(xù)截煤，整個工作面支架的移機(jī)速度應(yīng)大干采煤機(jī)連續(xù)截煤的平均截煤牽引速度。 (二)性能配套 主要解決各設(shè)備性能互相協(xié)調(diào)與制約的問題，從而發(fā)揮設(shè)備性能，滿足安全生產(chǎn)需要。(三)空間配套 從安全角度出發(fā)，支架前柱到煤壁的無立柱空間寬度越小越好。 (四)壽命配套 采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架的大修周期應(yīng)相互配套。綜合機(jī)械化采煤是將工作面的落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)的各個環(huán)節(jié)有機(jī)的聯(lián)系在一起，使各個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的過程，各設(shè)備之間的合理匹配，將使效率顯著提高，勞動條件將有很大改善。 液壓支架的選型液壓支架選型原則： 支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)與工作面礦壓相適應(yīng)。支架的初撐力和工作阻力要適應(yīng)直接頂和基本頂巖層移動產(chǎn)生的壓力，將空頂區(qū)的頂板移近量控制到最小程度；支架結(jié)構(gòu)應(yīng)與煤層賦存條件相適應(yīng)；支護(hù)斷面應(yīng)與通風(fēng)要求相適應(yīng)，保證足夠風(fēng)量，且風(fēng)速不能超過規(guī)定值；液壓支架應(yīng)與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備相匹配。支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機(jī)中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機(jī)截深大100—200mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機(jī)的工作牽引速度并能滿足生產(chǎn)指標(biāo)。 架型的確定該工作面煤質(zhì)較松軟(f=～)，頂板中等穩(wěn)定，底板巖性較軟，且工作面內(nèi)發(fā)育斷層較少，煤層起伏變化不大大。根據(jù)上述原則，通過對該工作面開采地質(zhì)條件分析、研究，最終確定選用二柱支頂掩護(hù)式支架。如圖3—2所示：圖3—2二柱掩護(hù)式支架—。從提高回采率和控制頂板兩方面考慮。根據(jù)雙伸縮立柱的伸縮比。支架的中心距，、。從大采高支架使用的穩(wěn)定性和配合采煤機(jī)牽引速度實(shí)現(xiàn)快速采煤考慮。特別是在選用大功率采煤機(jī)時，需147mm節(jié)距的銷軌。目前，國內(nèi)外確定支架支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力，通常采用巖重倍數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)類此法來估算。通過對比兩種方法計算結(jié)果，取其最大值q = 。P==9581KN式中：P—支架工作阻力；Kp—動載系數(shù)()； s—支架的支護(hù)面積(㎡)；通過對國內(nèi)外架型分析、研究，結(jié)合該工作面開采技術(shù)條件，最終選定支護(hù)強(qiáng)度為1Mpa的ZY10800/28/63型支架作為該工作面支架，能夠保證工作面支護(hù)強(qiáng)度。為防止煤壁片幫，液壓支架增設(shè)二級護(hù)幫板，以增強(qiáng)對煤壁支護(hù)效果。 采煤機(jī)選型采煤機(jī)的選型直接關(guān)系到安全高效能否實(shí)現(xiàn)。實(shí)行一次采全高，在選擇采煤機(jī)時著重考慮以下因素：（1）功率采煤機(jī)功率的確定一般主要看所切割的煤的硬度與韌性。該面煤層硬度低，易于切割，但面內(nèi)斷層較多，煤層起伏及傾角變化較大，為保證遇斷層時具有足夠的切割巖石的能力，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效回采，故該面應(yīng)選擇大功率采煤機(jī)。（2）牽引速度，根據(jù)有關(guān)參數(shù)計算，平均日循環(huán)應(yīng)達(dá)到12刀，要求采煤機(jī)的平均牽引速度應(yīng)在15m/min左右。（3）技術(shù)先進(jìn)性與可靠性目前，國內(nèi)外采煤機(jī)的發(fā)展主流為交流電牽引采煤機(jī)。從技術(shù)先進(jìn)性看，國內(nèi)外幾個主要采煤機(jī)廠家的主要產(chǎn)品相差不大，但可靠性有較大區(qū)別。國外采煤機(jī)一般開機(jī)率在70—95%，而國產(chǎn)采煤機(jī)的開機(jī)率在50%—60%左右。綜合以上因素，并對供貨周期、價格、性能進(jìn)行比較，最終選定西安煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MG750/1910WD型交流電牽引采煤機(jī)用于該工作面生產(chǎn)。 刮板運(yùn)輸機(jī)選型刮板輸送機(jī)選型原則： 刮板輸送機(jī)應(yīng)能保證工作面落煤生產(chǎn)能力需要，；結(jié)構(gòu)形式一般與采煤機(jī)相配套，輸送機(jī)槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)與工作外面底板條相適應(yīng)，并應(yīng)考慮與采煤機(jī)底板托架和行走機(jī)構(gòu)尺寸相匹配；輸送機(jī)鋪設(shè)長度可根據(jù)刮板輸送機(jī)技術(shù)特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定。根據(jù)工作面生產(chǎn)能力的要求以及采煤機(jī)、液壓支架和運(yùn)輸機(jī)的配套關(guān)系，參照國內(nèi)外工作面輸送機(jī)的技術(shù)參數(shù)以及該礦區(qū)近幾年綜采 “三機(jī)”配套成熟的經(jīng)驗(yàn)，最終選定SGZ—1000/3000型運(yùn)輸機(jī)。表3—3工作面設(shè)備配套匯總表設(shè)備名稱產(chǎn)地型號技術(shù)參數(shù)采煤機(jī)西安MG750/1910WD裝機(jī)功率為1910KW，供電電壓為3300V，液壓支架鄭州ZY8000/35/60工作阻力為8000KN，刮板輸送機(jī)張家口SGZ1000/3000運(yùn)輸能力為3000t/h，總裝機(jī)功率為3*1000kw，電壓等級為3300v轉(zhuǎn)載機(jī)張家口SZZ1350/525運(yùn)輸能力為4000t/h，總裝機(jī)功率為525kw，電壓等級為3300v破碎機(jī)張家口PCM400破碎能力為4000t/h，總裝機(jī)功率為400kw，電壓等級為3300v乳化液泵無錫煤機(jī)廠BRW400/，額定流量400L/min，數(shù)量為2臺帶式輸送機(jī)山西煤機(jī)廠SSJ1200/2*250功率為500KW，輸送帶寬度為1200mm，運(yùn)輸能力為1400t/h4 大采高液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 支架高度,支架間距,底座長度的確定 支架的高度和支架的伸縮比支架高度支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定， 其最大與最小高度為： （41） （42）式中： ——支架最大高度（mm）；——支架最小高度（mm）；——煤層最大厚度（mm）；——煤層最小厚度（mm）；——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200～300mm；——頂板最大下沉量