【正文】 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 綜述 液壓支架是在摩擦支柱和單體液壓支柱等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的工作面機械化支護設(shè)備。它與滾筒采煤機、可彎曲刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機及膠帶輸送機等組成一個有機的整體，實現(xiàn)了采、支、運等主要工序的綜合機械化采煤工藝，從而使長壁采煤技術(shù)進入了一個新的階段。液壓支架能可靠而有效的支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進而機械化移動，不斷的將采煤機和輸送機推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。液壓支架的總重量和初期投資費用占工作面整套綜采設(shè)備的 60%~~70%左右，因此液壓支架成了現(xiàn)代采煤技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。 全套圖紙，加 153893706 放頂煤支架架型的發(fā)展與演變 放頂煤液壓支架是隨著放頂煤開采方法應用而生的，綜采化機械應用到放頂煤采煤工作面后，放頂煤開采進入一個新發(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 5 186。~18 186。，該放頂煤工作面為預先開采頂煤鋪設(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持掩護式放頂煤液壓支 架，并于 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 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 . 圖 11“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)成功研發(fā)“開天窗”的支持掩護式或帶插板的支持掩護式放頂煤液壓支架。英國研制的“開天窗”式放頂煤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”附件設(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 圖 12“開天窗”式放頂煤液壓支架 法國針對“香蕉”尾梁式放頂煤液壓支架存在的問題 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 13 。 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 14。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 圖 13 MB17 28S 放頂煤液壓支架 圖 14 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 15。機采煤炭與放落煤炭均采用單輸送機運輸 ，在實際應用中取得了良好效果。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 圖 15 匈牙利 VHP732 型“天窗”式放頂煤液壓支架 1982 年 ，煤炭科 學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 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 FY40014/28 型放頂煤液壓支架 ，結(jié)構(gòu)如圖 16。 1987 年平頂山礦務局引進了匈牙利 VHP732 型放頂煤支架 ，該支架在緩傾斜工作面試驗 ，最高月產(chǎn)達 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、放煤與采煤機割煤不能平行作業(yè)、效率低等缺點 ，已基本淘汰。 圖 16 FY40014/28 型放頂煤液壓支架 圖 17 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)，提高中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 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 。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 18 中位放頂煤液壓支架 圖 19 低位小插板放頂煤液壓支架 放頂煤液壓支架的特點及適應性分析 放頂煤液壓支架的安全性及適應性要求 采用放頂煤綜采的 4個重要條件是 ：地質(zhì)條件適應性、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格性。其中前兩個 條件是基礎(chǔ) ，后者是保證。顯而易見 要采用放頂煤綜采 ，其中重要的一項工作是正確選擇放頂煤液壓支架的架型?，F(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、傾角 20176?！堞痢?35176。 ，有了一些放頂煤綜采成功的實例。對于合理選擇放頂煤液壓支架提供了寶貴經(jīng) 驗。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 ㈠ . 對緩傾斜中硬煤層放頂煤液壓支架安全性和適應性的要求 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。選型時一般根據(jù)以下原則 ： ⑴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。 ⑵ 保證放落煤的運輸空間。雙輸送機放頂煤液壓支架要有足夠的后部運輸空間，這 對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 ，可能堵塞運輸通道，損壞設(shè)備。同時，空間太小，也影響設(shè)備維修人員通行和安 全。 ㈡ 對傾斜厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應性的要 求 ⑴ 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，提高掩護梁的抗扭能力 ，保證在大傾角下支架能正常工作。 ⑵ 支架各部的密閉性要好，尤其是頂梁端部，防止漏煤、冒頂，切實保證頂梁的接頂性 ，避免倒架。 ⑶ 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 ，提高支架的支護性能。 ⑷ 提高支架防倒、 防滑性能。 ㈢ 對“三軟”厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應性的要求 ⑴ 在緩傾斜“三軟”條件下，因為頂梁上方是已破碎的頂煤，斷裂線前傾已深入到煤壁上方 ，頂梁太短， 冒空區(qū)可能達到煤壁附近的上方。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。 ⑵ 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)?全長范圍最大限度的嚴密封閉起來 ，有效控制漏頂。除了頂梁外應注意掩護梁和尾梁的 密封性能。 ⑶ 在保證對底板合理比壓的前提下， 適當加大初撐力 ，有利于端面頂煤的維護。 ⑷ 對急傾斜特厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應性的要求 ，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 612m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，選擇的支架應具有工作阻力小、 體積小、重量輕、推進速度快等優(yōu)點。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及適應性分析 低位放頂煤支架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支架。這類支架有一個可以上下擺動的尾梁，擺動幅度在 45176。左右，持一個落煤空間。尾梁中間有一個液壓控制的放煤插板，用以放煤和破碎大塊頂煤，具有連續(xù)的放煤口。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)過頂梁的反復支撐和在掩護梁上方的垮落，使頂煤破碎較為充分，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載 能力差，支架的穩(wěn)定性較差； (6)尾梁擺動力和向上的擺角較小，破煤和松動頂煤的能力差； 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比較適應，為中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 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連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，增大了支架的前、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，前四連桿式支架穩(wěn)定性及抗扭性較差，但其后部空間較大且重量也輕。 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)只有前四連桿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連桿及聯(lián)接銷軸，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。