【文章內(nèi)容簡介】 ； 10－端頭支架； 11－單體液壓支柱； 8 2 工作面設(shè)備選型 工作面設(shè)備選型配套原則 生產(chǎn)能力配套 工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機落煤能力，而刮板輸送機、液壓支架及運輸巷運輸設(shè)備的運輸能力要高于采煤機生產(chǎn)能力的 20％以上，要保證工作面高產(chǎn)，工作面運輸設(shè)備 的運輸能力要大于采煤機的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿足采煤機高產(chǎn)快速運行的要求。 采煤機生產(chǎn)能力選擇，采煤機的生產(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。 采煤機生產(chǎn)能力 (t／ h)=60(min／ h)采高 (m)截深 (m)采煤機牽引速度 (min／ m) 煤的密度 (t／ m3 )系數(shù) 刮板輸送機生產(chǎn)能力要高于采煤機的生產(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連續(xù)截煤，整個工作面支架的移機速度應(yīng)大干采煤機連續(xù)截煤的平均截煤牽引速度。 液壓支架的 選型 液壓支架選型原則： 支護強度應(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)； 支護斷面應(yīng)與通風要求相適應(yīng)，保證足夠風量，且風速不能超過規(guī)定值； 液壓支架應(yīng)與采煤機、刮板輸送機等設(shè)備相匹配。支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機截深大 100— 200mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機的工作牽引速度并能滿足生產(chǎn)指標。 架型的確定 選用 二柱支頂掩護式液壓支架。如圖 所示： 9 圖 采高的確定 支架最大高度選 ，根據(jù)雙伸縮立柱的伸縮比，支架的最低高度為 。 支架中心距的確定 支架的中心距，目前國內(nèi)外有 、 、 、 四種。根據(jù)采高的確定，中心距選 。 工作阻力的確定 目前，國內(nèi)外確定支架支護強度和工作阻力，通常采用巖重倍數(shù)法和經(jīng)驗類此法來估算。初步確定工作阻力為 3600KN，支護強度為 。 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，最終選定支護強度為 的 ZY3200 型支架作為該工作面支架，能夠保證工作面支護強度。 為防止煤壁片幫，液壓支架增設(shè)二級護幫板，以增強對煤壁支護效果。 刮板運輸機選型 刮板輸送機選型原則： 刮板輸送機應(yīng)能保證工作面落煤生產(chǎn)能力需要，選擇刮板輸送機應(yīng)以工作面最大生產(chǎn)能力乘以 的不均衡系數(shù)為基礎(chǔ)； 結(jié)構(gòu)形式一般與采煤機相配套，輸送機槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)與工作外面底板條相適應(yīng)，并應(yīng)考慮與采煤機底板托架和行走機構(gòu)尺寸相匹配； 輸送機鋪設(shè)長度可根據(jù)刮板輸送機技術(shù)特征、輸送量 、鏈速和工作面傾角等因素確定。 10 根據(jù)工作面生產(chǎn)能力的要求以及采煤機、液壓支架和運輸機的配套關(guān)系，參照國內(nèi)外工作面輸送機的技術(shù)參數(shù)以及該礦區(qū)近幾年綜采 “三機”配套成熟的經(jīng)驗，最終選定SGZ764/264 型運輸機。 采煤機選型 采煤機的選型直接關(guān)系到安全高效能否實現(xiàn)。在選擇采煤機時著重考慮以下功率、牽引速度和技術(shù)先進性與可靠性等因素，最終選定徐州中機礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的MG180/420WDK 型采煤機。 11 3 液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 液壓支架基本參數(shù) 的確定 支架的高度和支架的 伸縮比 （一） 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： 1mmH h S?? （ 31） 2n n aH h S a ?? ? ? ? （ 32） 式中 ， mH —— 支架最大高度 （ mm）； nH —— 支架 最小高度 （ mm）； mh —— 煤層最大厚度（ mm）； nh —— 煤層最小厚度（ mm）； 1S —— 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； 2S —— 頂板最大下沉量，一般取 100～ 200mm； a —— 移架時支架的最小可縮量，一般取 50mm； a? —— 浮矸石、浮煤厚度，一般取 50mm。 取 1=200mmS ， 2 150S mm? ， 由 得 3200?mH ， 1400?nH 得， 3000?mh ， 1700?nh （二） 支架的伸縮比 液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。一般范圍是 ~，煤層較薄時選大值。但是考慮盡量減輕支架重 量，降低造價，可搞系列化，加強支架對頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機械加長桿來增加調(diào)高范圍。該支架的伸縮 比： 140 0320 0 ??? nmHHm （ 33） 支架間距和寬度的確定 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離，按如下公式計算： 3ncBb mc ?? （ 34） 式中 ， cb — 支架間距（支架中心距）； mB — 每架支架頂梁總寬度； 3c — 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙； n — 每架所包含的組架或框架數(shù)整體自移式支架 1?n ；整體邁步式支架 12 2?n ；節(jié)式組合邁步支架 ?n 支架節(jié)數(shù)。 支架間距 cb 主要根據(jù)支架形 式確定，但目前主要根據(jù)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度為 ，千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。 取 3ncBb mc ?? ， 1003?C ， 1?n 則 1400100115003 ?????? ncbB cm 梁端距的確定 梁端距即移架后梁端到煤壁的距離，通常指不考慮煤壁片幫、煤壁歪斜或移架不足等因素影響的理論值。生產(chǎn)實踐證明：決定支護效 果的是頂梁前端到煤壁的距離，即梁端距越小，即使冒頂洞穴也不多。對于破碎頂板，梁端距不應(yīng)超過 100mm，但實際上很難實現(xiàn)。我國綜采實踐認為：梁端距的大小對支架前頂板的冒落情況有很大影響，尤其是破碎頂板，梁端距過大，會使頂板難以控制。但是，梁端距過小則易產(chǎn)生采煤機滾筒割頂梁事故。因為在輸送機向采空區(qū)方向歪斜，底版沿走向方向有下凹或運輸機推移量不足時，采煤機的上滾筒和頂梁之間的距離就會減少，甚至相碰。所以，梁端距通常取 250～ 300mm，最大不超過 400mm， 我選擇 300mm。 支架底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件，在設(shè)計支架的底座長 度時，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對底板的比壓要小，支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制裝置，推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度取 ，一個移架步距為 ，即 。 底座長度的確定： 我的移步距取 800mm，那么得到底座長是 2800mm。 液壓 支架四連桿機構(gòu)的確定 四連桿機構(gòu)的作用 （一） 梁端護頂 鑒于四連桿機構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運動， 故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時，借此可以保證梁端頂板維護良好； （二） 擋矸 鑒于組成四連桿機構(gòu)的掩護梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用； （三） 抵抗水平力 觀測表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分 13 力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個 水平推力由液壓支架的四連桿機構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形； （四） 提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機構(gòu)將液壓支架連成一個重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。 四連桿機構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當中，四連桿機構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機構(gòu)對頂板產(chǎn)生一個水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。 四連桿機構(gòu) 尺寸設(shè)計 在設(shè)計四連桿機構(gòu)時，要根據(jù)四連桿機構(gòu)的幾何特 征來確定。其四連桿機構(gòu)的幾何特征如下： （ 1）支架從最高高度降到最低高度時，如圖 e應(yīng)小于或等于 70mm ，最好為 30mm 以下； 圖 （ 2）支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，為圖 所示，應(yīng)滿足如下要求： 支架在最高位置時， P≤ 52176?！?62176。， Q≤ 75176?！?85176。；支架在 最低位置時，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，則要求 fP?tan ，如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù) f=，可求得 tan ? ，則 P=176。，為了安全可靠最低工作位置應(yīng)使 P≥ 25176。為宜，而 Q 角主要考慮掩護梁底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取 Q≥ 25176?！?30176。； 還有書上的說法：是 在支架最小支護高度時，掩護梁傾角應(yīng)保證移架過程中 掩護梁背負的殲石能沿梁體下滑，即滿足 P＝ ?12 ～ 18176。 。 （ 3）圖 可知，掩護梁與頂梁鉸點 e? 和瞬時中心 O 之間的連線與水平線夾角為 ? ，θ 14 設(shè)計時，要使 tan? ≤ 以下，主要原因是 ? 角直接影響附加力 yQ 的數(shù)值大?。? （ 4）支架的工作段要取曲線 向前凸的那一段，如圖 的 h段，其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢防止巖石向右移動，又可以使作用在頂梁的摩擦力指向采空區(qū)，同時底板阻止底座向右移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了前梁端部的支護力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架；再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力有掩護梁來克服，所以減輕了掩護梁的受力。 以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計四連桿機構(gòu)的曲線運動軌跡時，應(yīng)盡量使支架的工作段要取雙紐線向前凸的那一段，所以 當已知掩護梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發(fā)，在設(shè)計時，只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)，進行作圖就可以了，其掩護梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機構(gòu)如圖 所示。 從圖 可以看出，當掩護梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長度和位置就可以了。 圖 掩護梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機構(gòu) 其具體做法是順時針轉(zhuǎn)動后連桿使支架最高位置時的 e? 點向下作近似直線運動，在掩護梁上定有一點在運動中有一 段近似圓弧軌跡，只要找到這個圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長度了。從這個觀點出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護梁的上鉸點所作的運動軌跡上，任找?guī)c（為作圖方便起見，可找出支架上高、中、低三個位置時上鉸點運動軌跡上的三點），把掩護梁上前連桿上鉸點連線的垂直平分線所交的一點為前連桿的下鉸點。這樣四連桿機構(gòu)就可以確定了。 （一） 幾何作圖來設(shè)計四連桿機構(gòu) 掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距 0H 一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后 ，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架取 0H =150— 200mm，重型支架可取 0H ＝ 210— 260mm。 后連桿下鉸點至底座底面之距 0Y ,0Y 般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取0Y =150— 250vmm，對中厚煤層支架取 0Y ＝ 250— 450mm，對大采高支架取 0Y ＝ 450— 600mm。確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距（預確定為 160mm），和后連桿下鉸點至底座底面之距（預確定為 250mm）。 這個尺寸的選取最好進行同類支架的選取，在設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)若是這 15 兩個尺寸選取不當會導致后續(xù)的麻煩。比如 ，立柱柱窩的位置確定 跟同類支架相差很大等 等 問題 。 已知條件是支架的最大高度 mH ＝ 3200mm 和支架的最低高度 nH ＝ 1400mm，要求在這范圍內(nèi)掩護梁上的鉸 點上下運動時的軌跡是一條直線或近似直線，水平偏移量不許超過70mm。 最好不要超過 30 mm。 用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度，如圖 所示： 設(shè)： G— 掩護梁長度； A— 后連桿長度； 2L — e? 點垂直線到后連桿鉸點之距； 1h — 支架最高位置時的計算高度； 2h — 支架最低位置時的計算高度。 圖 從幾何關(guān)系可以列出如下兩式 211 c o sc o s LQAPG ?? （ 35） 222