【正文】 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 放頂煤液壓支架 1 緒論 放頂煤支架架型的發(fā)展與演變 放頂煤支架是隨著放頂煤開采方法應(yīng)用而生的，綜合機(jī)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(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。由于工作面由液壓支架實(shí)現(xiàn)可靠、快速的支護(hù)，采用采煤機(jī)或刨煤機(jī)采煤，放頂煤作業(yè)在安全可靠的工作條件下進(jìn)行，從而使工作面產(chǎn)量有明顯提高。近年來，綜采放頂煤技術(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(jī)掩護(hù)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(hào)和 4～ 5 號(hào)煤層。煤厚為 9～ 12m，煤層傾角 5176。～18176。，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(hù)式放頂煤液壓支架，并且于 1964 年在布朗齊礦區(qū)試驗(yàn)成功。該支架為四柱式，尾梁呈 “ 香蕉 ” 型，其擺動(dòng)角度由千斤頂控制，配有兩臺(tái)輸送機(jī)，第二臺(tái)輸送機(jī)安置于尾梁后部的底板上。放落的煤由第二臺(tái)輸送機(jī)運(yùn)輸 ，結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 “ 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(hù)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(hù)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(dòng)桿，以便于冒落頂煤，掩護(hù)梁上還有鉆眼孔，供煤硬不落時(shí)打眼放炮。第二臺(tái)輸送機(jī)安置在支架后部底座上 ， 結(jié)構(gòu)如圖 。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 圖 “開天窗”式放頂煤液壓支架 法國針對(duì)“香蕉”尾梁式放頂煤液壓支架存在的問題，先后研制成功 MB1728S、FB2130S 型放頂煤液壓支架。 MB1728S 放頂煤液壓支架為四柱掩護(hù)式，掩護(hù)梁通過液壓千斤頂控制進(jìn)行伸縮，便于頂煤冒落裝煤。第二臺(tái)輸送機(jī)放 置在底板上， 結(jié)構(gòu)如圖 。FB2130S 型放頂煤液壓支架為四柱支撐掩護(hù)式，掩護(hù)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(gè)用于控制的攪動(dòng)桿，有助于破碎大塊煤，并有助于頂煤冒落操作。掩護(hù)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(hù)梁無四連桿機(jī)構(gòu)，而直接與支架底座的尾端相鉸接。在頂梁、掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板及落煤口處裝有若干噴嘴，以便噴水除塵。第二臺(tái)輸送機(jī)放置在支架后部底座上，結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 MB1728S 放頂煤液壓支架 圖 FB2130S 型放頂 煤液壓支架 MB1728S 和 FB2130S 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(diǎn)。這兩類支架都配有雙輸送機(jī)運(yùn)煤，滾筒采煤機(jī)采煤，然后由掩護(hù)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(jī)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(jī)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(jī)前開“天窗”式放頂煤掩護(hù)式支架 ， 其結(jié)構(gòu)如圖 。機(jī)采煤 炭與放落煤炭均采用單輸送機(jī)運(yùn)輸，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 圖 匈牙利 VHP732 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(jì)，鄭州煤礦機(jī)械廠制造的 FY40014/28 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(yàn)，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(yàn)。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(jì)、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(biāo)志著我國放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)、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 FY40014/28 型放頂煤液壓支架，結(jié)構(gòu)如圖 。 1987 年平頂山礦務(wù)局引進(jìn)了匈牙利 VHP732 型放頂煤支架，該支架在緩傾斜工作面試驗(yàn)，最高月產(chǎn)達(dá) 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 。由于其放煤口高、放煤口小、存在頂煤損失大、放煤與采煤機(jī)割煤不能平行作業(yè)、效率低等缺點(diǎn)，已基本淘汰。 圖 FY40014/28 型放頂煤液壓支架 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 圖 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 。這種支架比單輸送機(jī)高位放頂煤液壓支架有所改進(jìn)，有兩部輸送機(jī)，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(shí)踐的深入，中位放頂煤支架也暴露出一些突出缺點(diǎn)，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(duì)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 。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(diǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)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 中位放頂煤液壓支架 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 圖 低位小插板放頂煤液壓支架 放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性分析 放頂煤液壓支架的分類 按與液壓支架配套的輸送機(jī)的臺(tái)數(shù)，放頂煤液壓支架可分類如下： 插底式 單輸送機(jī) 不插底式 放頂煤液壓支架 單鉸接式 開天窗式 雙輸送機(jī) 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(jī)開天窗式） 放頂煤液壓支架 中位（雙輸送機(jī)開天窗式） 低位（雙輸送機(jī)插板式） 本文重點(diǎn)介紹低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性。 放頂煤液壓支架的安全性及適應(yīng)性要求 采用放頂煤綜采的 4 個(gè) 重要條件是：地質(zhì)條件適應(yīng)性，液壓支架選型的正確性，采放工藝的合理性和工作面管理的嚴(yán)格性。其中前兩個(gè)條件是基礎(chǔ)，后者是保證。顯而易見，要采用放頂煤綜采，其中重要的一項(xiàng)工作是正確選擇放頂煤液 壓支架的架型。現(xiàn)階段我國已在急傾斜特厚煤層、緩傾斜中硬厚煤層 （ f≤） 、“三軟”厚煤層、傾斜厚煤層（傾角 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 20176。≤α≤35176。）有了一些放頂煤綜采成功的實(shí)例，對(duì)于合理選擇放頂煤液壓支架提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。 1. 對(duì)緩傾斜中硬煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 緩傾斜條件下的放頂煤工作面約占綜放工作面總數(shù)的 70％ 以上，而且地質(zhì)條件差別 大，所以架型選擇余地大。選型時(shí)一般根據(jù)以下原則： （ 1）必須保證放煤效果。能否把煤放下、放好，是緩傾斜中硬厚煤層開采最突出的問題，也是放頂煤液壓支架選型的關(guān)鍵。保證放煤效果，首 先是選擇放煤的形式，低位放頂煤支架的放煤口是連續(xù)的，而且放煤口面積大，有利于大塊煤放出，無脊背損失，適用于緩傾斜綜放工作面。 （ 2）保證放落煤的運(yùn)輸空間。雙輸送機(jī)放頂煤液壓支架要有足夠的后部運(yùn)輸空間，這對(duì)緩傾斜中硬煤層長壁放頂煤尤為重要。放煤過程中難免出現(xiàn)大塊煤和矸石，如果處理的不好，可能堵塞運(yùn)輸通道，損壞設(shè)備。同時(shí)，空間太小，也影響設(shè)備維修，人員通行和安全。 2．對(duì)傾斜厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 （ 1）傾斜厚煤層放頂煤液壓支架的技術(shù)關(guān)鍵在于提高其穩(wěn)定和抗扭性能，提高掩護(hù)梁的抗扭能力，保 證在大傾角下支架能正常工作。 （ 2）支架各部的密閉性要好，尤其是頂梁端部，防止漏煤、冒頂，切實(shí)保證頂梁的接頂性，避免倒架。 （ 3）加大支架初撐力，有利于防止頂煤和上覆巖層過早離層，從而防止頂煤垮落切頂線前移，提高支架的支護(hù)性能。 （ 4） 提高支架防倒、防滑性能。 3． 對(duì)“三軟”厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 （ 1） 在緩傾斜“三軟”條件下，因?yàn)轫斄荷戏绞且哑扑榈捻斆海瑪嗔丫€前傾已深入到煤壁上方，頂梁太短，冒空區(qū)可能達(dá)到煤壁附近的上方。因此，高位放頂煤支架不適于“三軟”煤層的放頂煤開采，低位放頂煤支架式 較理想的架型。 （ 2） 為了防止架前冒頂，要求頂梁（或前梁）端部承載能力大，并且要把支架控頂?shù)娜L范圍最大限度的嚴(yán)密封閉起來，有效控制漏頂。除了頂梁外，應(yīng)注意掩護(hù)梁和尾梁的密封性能。 （ 3） 在保證對(duì) 底 板合理比壓的前提下，適當(dāng)加大初撐力，有利于端面頂煤的維護(hù)。 4． 對(duì)急傾斜特厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 急傾斜特厚煤層放頂煤綜采工藝，是指煤層傾角大 于 45176。、煤層厚度大于 20m 的條件下，把煤層沿水平分成 6～ 12m 的分段，使用以液壓支架為主體的綜采設(shè)備開采的放頂煤采煤法。由于急傾斜特厚煤層礦壓小、工作 面短，因此，選擇的支架應(yīng)具有工作阻力小、體積小、重量輕、推進(jìn)速度快等優(yōu)點(diǎn)。低位放頂煤液壓支架比較適合急傾斜特厚煤層綜放工作面。 低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性分析 特點(diǎn) 低位放頂煤支架是一種雙輸送機(jī)運(yùn)煤，在掩護(hù)梁后部鉸接一個(gè)帶有插板的尾梁、低位放煤的支撐掩護(hù)式支架。這類支架有一個(gè)可以上下擺動(dòng)的尾梁 （擺動(dòng)幅度在 45176。左右） 用以松動(dòng)頂煤，并維持一個(gè)落煤空間。尾梁中間有一個(gè)液壓控制的放煤插板，用以放煤和破 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 碎大塊頂煤，具有連續(xù)的放煤口。其主要特點(diǎn)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(hù)梁上方的垮落，使頂煤破碎較為充分，對(duì)放煤極為有利； (3)后輸送機(jī)沿底板布置，浮煤容易排出，移架輕快，同時(shí)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載能力差，支架的穩(wěn)定性較差； (6)尾梁擺動(dòng)力和向上的擺角較小 ，破煤和松動(dòng)頂煤的能力差。 這類支架的原始形式 是 前四連桿式 ，在礦壓較小的急斜水平分段開采時(shí)比較適應(yīng)，為使這種支架 在緩斜長壁工作面發(fā)揮其優(yōu)勢，幾年來作了如下的探索： (1)把四連桿的上 連 接位置由頂梁上改在掩護(hù)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(diǎn)，增加了支架強(qiáng)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 連 桿式低位放頂煤液壓支架 ； (2)大幅度加強(qiáng)前四連桿本身以及它與頂梁、底座的聯(lián)接強(qiáng)度，這種作法增加了支架的重量，有的重達(dá) 20t 以上，但設(shè)計(jì)時(shí)容易實(shí)現(xiàn)加大后部運(yùn)輸空間和增加破煤能力 ； (3)增大后部空間和尾梁向上擺動(dòng)的力，使其在較硬煤層中使用時(shí)也可讓頂煤順利放落和運(yùn)出，如 ZFPS5200/17/32 型支架尾梁端部向上擺動(dòng)力可達(dá)到 500kN，使用效果良好 ； (4)后四連桿前連桿設(shè)計(jì)為 Y 型，后連桿設(shè)計(jì)為 I 型，增大了支架的 前、 后人行道的寬度并加大了后部的人員工作與維護(hù)空間 ； (5)把后輸送機(jī)千斤頂耳座與底座的聯(lián)接改為活聯(lián)接，改善了運(yùn)輸狀況。在后輸送機(jī)與千斤頂之間增加了結(jié)構(gòu)件推桿，以避免后輸送機(jī)與千斤頂活塞桿彎曲并防止輸送機(jī)和支架下滑。 前四連桿式支架和后四連桿式支架相比，前四連桿式支架穩(wěn)定性及抗扭性較差，但其