【文章內(nèi)容簡介】 的要求。從前面受力分析得知，液壓支架的架型選擇，主要取決于頂板條件和地質(zhì)條件，結(jié)合各類支架的不同性能和特點，選擇一種較為合理的架型。下面簡要介紹影響架型選擇的因素和如何有針對性地進行架型選擇。1)煤層厚度(1)，不宜用支撐式液壓支架。(2)，需要選擇帶有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式液壓支架。(3)煤層厚度變化大時，應選擇調(diào)高范圍較大、帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的掩護式液壓支架。(4)假頂分層開采，應選用掩護式液壓支架。2)煤層傾角(1)傾角在 (支撐式液壓支架取下限，掩護式和支撐掩護式液壓支架取上限)以上時，應選用帶有防滑裝置的液壓支架(2)傾角在以上時，應選用同時帶防滑防倒裝置的液壓支架。3)底板強度(1)驗算比壓，應使支架底座對底板的比壓不超過底板的允許比壓。(2)為了移架容易，設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，應符合《煤礦安全規(guī)程》第一百零五條的要求，并選用通風斷面較大的支撐式或支撐掩護式液壓支架。5)地質(zhì)構造斷層十分復雜，煤層厚度變化過大，頂板的允許暴露面積和時間在5—8和20mm以下時，暫不宜使用綜采。6)設備成本在同時允許選用幾種架型時，應優(yōu)先選用價格便宜的支架。支撐式液壓支架最便宜，其次是掩護式液壓支架，最貴為支撐掩護式液壓支架。液壓支架架型的選擇，主要取決于液壓支架的力學特性能否適應礦井的頂?shù)装鍡l件和地質(zhì)條件。具體選擇可根據(jù)原煤炭部(81)煤科字第429號文件關于試用《緩傾斜煤層工作面頂板分類》來選取，架型選樣過程如下：(1)確定基本頂級別和直接頂類別：①基本頂級別的確定?；卷敿墑e按基本頂來壓強弱來劃分?；卷攣韷簭娙跞Q于垮落帶巖石對采空區(qū)充滿程度N(N為直接頂厚度M與采高h之比)和基本頂初次來壓步距／通常按N和，把基本頂分為四級．。 基本頂級別注： ②。 直接頂類別表中按下式計算： 式中 ：巖備單向抗壓強度；：節(jié)理裂隙影響系數(shù)：分層厚度影響系數(shù)：。 節(jié)理裂隙間距表。 分層厚度表(2)支架架型和支護強度的確定。，再根據(jù)基本頂級別和采高確定支護強度。支護強度被定義為單位支護面積的支護阻力(或叫支架的工作阻力)。 支架架型確定參數(shù)注：。，2為增壓系數(shù)。1)支撐式液壓支架的特點和支撐力的分布支撐式液壓支架的特點是頂梁較長，控頂距較大，立柱呈直立布置，而且一般都位于頂梁的后半部。因此，支撐力也相應集中在控頂區(qū)的后半部，以阻止上部巖層的移動，實現(xiàn)切頂。而在煤壁附近的主要工作空間的頂板，則處于無立柱支撐狀態(tài)，僅靠支撐力較小的前梁來維護。故支架的工作阻力在控頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻。 支撐式液壓支架支撐力分布圖2)支撐式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析(1)支撐式液壓支架在中硬以上穩(wěn)定頂板的受力情況。一般來說，支架頂梁承受的頂板壓力可視為由兩部分組成，其一是直接頂作用在支架上的壓力；其二為基本頂通過直接頂間接地作用在支架上的壓力。開始，支架只承受直接頂壓力，作用點近似位于支架頂梁中部，它相當于均布載荷。周期來壓時，斷裂帶(亦稱裂隙帶)下沉，其一端通過直接頂間接地作用在支架頂梁上，另一端落在冒落巖石上。作用在支架上的壓力為，作用點位于支架頂梁后部，相當于三角形載荷分布。支架承受載荷和，使支架頂梁后部受力大，同時底板對底座后部的反作用力也大。由于支撐式液壓支架前梁無立柱，支撐力小，頂梁后部有立柱，支撐力大，所以這種液壓支架能適應中硬以上穩(wěn)定頂板的條件。 支撐式液壓支架在中硬以上穩(wěn)定頂板的受力情況(2)支撐式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況。由于支撐式液壓支架頂梁較長，在支架重復支撐過程中(假設頂梁長為4m，則支架頂梁對頂板的重復支撐次數(shù)為6—7次)，使直接頂破碎冒落，支架頂梁后部出現(xiàn)空頂，使頂板壓力前移，合力為，作用點靠近前柱，頂梁載荷呈階梯狀分布，出現(xiàn)支架頂梁前部支撐能力小而載荷大、支架后部支撐能力大而載荷小的受力狀態(tài)。同時，底板對底座后部的反作用力也小。所以支撐式液壓支架不能適應破碎不穩(wěn)定頂板。 支撐式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況1)掩護式液壓支架的特點和支撐力分布掩護式液壓支架的特點是頂梁較短，控頂距較小，支撐力主要集中在頂梁部位，且分布較均勻，頂梁端部的支撐能力比支撐式液壓支架大。 掩護式液壓支架支撐力分布圖2)掩護式液壓支架在不同頂板條件下的承載分折(1)掩護式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況：頂梁受力：由于支架頂梁短，使支架重復支撐次數(shù)少，所以頂板較完整。頂板作用在頂梁上的為合力。掩護梁受力：由于頂板破碎，在頂梁后部自由冒落巖石的一部分作用在掩護梁上，對掩護梁的作用力可以分解為垂直分力和水平分力。掩護式液壓支架雖然立柱少，支撐力較小，但由于頂梁短，單位面積支撐力大，裁荷分布與支架支撐力的作用部位基本一致。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。(2)掩護式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況。掩護式液壓支架由于立柱少，且呈傾斜布置，支撐力較小，切頂性較差．。直接頂冒落時．冒落巖石分別作用在頂梁上和掩護梁上。周期來壓時．由于頂梁后部頂板不能充分切斷?；卷攭毫⒂烧麄€支架和采空區(qū)垮落巖石承擔，或者有可能在切頂時，基本頂直接加壓在掩護梁上，這就使掩護梁上載荷劇增，迫使頂粱支撐力減少，使支架難以承受頂板的壓力和控制頂板的冒落。所以，此種支架不能在中等穩(wěn)定以上頂板下工作。支撐掩護式液壓支架是為了改善支撐式液壓支架和掩護式液壓支架的性能和對頂板的適應性而設計的。主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機構和掩護梁，增強了支架的穩(wěn)定性和防護性，提高了支架的支撐力和承載能力，所以、此種支架介于以上兩種支架之間，提高了適用范圍，適用于頂板較堅硬、頂扳壓力較大或頂板破碎的各種煤層。 支撐掩護式液壓支架的支撐力分布圖第4章 液壓支架的結(jié)構尺寸設計（1）頂板條件。根據(jù)基本頂和直接頂?shù)姆诸?。?）最大和最小采高。根據(jù)最大和最小采高，來確定支架的最大和最小高度。（3）瓦斯等級。根據(jù)瓦斯等級，按《煤礦安全規(guī)程》第一百零五條規(guī)定斷面。（4）工作面煤壁條件。根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。(5)煤層傾角。根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。(6)井筒罐籠尺寸。根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。(7)配套尺寸。根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 液壓支架的高度確定支架高度的確定原則，應根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的確定，其最大與最小高度為： （41）（42）式中 ：支架最小高度；：支架最大高度；：煤層最大厚度(最大采高)；：煤層最小厚度(最小采高)；：考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200300mm；：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：浮矸、浮煤厚度，一般取50mm。 支架的伸縮比和單位缸長行程的確定支架的伸縮比指支架最大與最小高度之比，即。由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以支架應具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時，；；。，煤層較薄時選較大值。但考慮盡量減輕支架重量，降低造價，可搞系列化架型，加強支架對頂?shù)装宓倪m應性，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。一般根據(jù)單位缸長行程來確定，當＜，可采用單伸縮立柱。按下式確定： （43）式中 ：單位缸長行程；：活塞全部伸出時立柱的總長度；：活塞全部縮回時立柱的總長度；：活塞行程；所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離，按下式計算：式中 ：支架間距(支架中心距)；：每架支架頂梁總寬度；：相鄰支架(或框架)頂梁之間的間隙；n：相鄰支架包含的組架數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架中n＝1；整體邁步式支架中n=2；節(jié)式組合邁步支架中，n＝支架節(jié)數(shù)。支架間距要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)中部槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機中部槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定。，千斤頂連接塊位置在中部槽中間位置，所以除節(jié)式和邁步式支架外。 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。在設計支架的底座長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應有足夠空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式液壓支架的底座長度取移架步距的3．5倍(，即2．1m左右；支撐掩護式液壓支架的底座長度取移架步距的4倍。 用幾何作圖法來設計四連桿機構四連桿機構設計的幾何作圖法按如下步驟進行：(1)確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點至底座底面的距離。(2)掩護梁和后連桿長度的確定。用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度。 掩護梁和后連桿長度的確定設 ：G：掩護梁長度；A：后連桿長度；：點引垂線到后連桿下鉸點的距離；：支架最高位置時的計算高度；：支架最低位置時的計算高度。從幾何關系出發(fā)可以列出如下兩式：Gcos 一Acos ＝ （44）Gcos —Acos＝ （45）將式(44)和式(45)聯(lián)立可得 （46）以上關系式說明支架計算高度為支架高度減去掩護梁上鉸點至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點至底座底面的距離。按四連桿機構幾何特征要求，選定、代人式（46），可以求得的比值。由于支架型式不同，一般的比值按以下范圍來取。掩護式液壓支架： ＝～支撐掩護式液壓支架： ＝～ （47）支架最高位位時的計算高度為：（48）根據(jù)的比值和式(48)可以求得掩護梁的長度G和后連桿長度A，經(jīng)過取整后，再重新算出、的角度，這幾個參數(shù)就確定了。1）頂梁長度計算的有關因索支架頂梁長度與配套尺寸有直接關系。同時為了防止當采煤機向支架內(nèi)傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，又考慮到采煤機截割時，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設計時，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm ，這個距離叫空頂距。另外，在輸送機鏟煤板前也留有一定距離。一般為135—150mm，也是為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定距離。除此以外，所有配套設備包括采煤機和輸送機，均要在頂梁掩護下工作，以此來計算頂梁長度。2）頂梁長度的計算(1)掩護式與支撐掩護式液壓支架頂梁長度計算頂梁長度＝(配套尺寸十底座長度十4cos)一Gcos+300+e+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點的距離式中：配套尺寸：參考原煤炭部煤炭科學研究院編制的綜采設備配套團冊確定。底座長度：底座前端至后這桿下鉸點的距離； E：支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；：支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角。(2)支撐式液壓支架頂梁長度計算：頂梁長度＝配套尺寸十底座長度3001）支架立柱數(shù)的確定目前國內(nèi)支撐式液壓支架立柱數(shù)為2—6根，常用為4根，掩護式液壓支架為2根，支撐掩護式液壓支架為4根。2）支架立柱的支撐方式和支柱間距的確定支撐式液壓支架立柱為垂直布置。掩護式液壓支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂梁垂線的夾角小于 (支架在最低工作位置時)，因為角度較大，可使調(diào)高范圍增加。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增大。支撐掩護式液壓支架，根據(jù)結(jié)構要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁垂線的夾角小 (支架在最高工作位置時)，因為夾角較小，有效支撐能力較大。立柱間距是就支撐式和支撐掩護式液壓支架而言的，即前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式和支撐掩護式液壓支架的立柱間距為1—。3）立柱柱窩位置的確定（1）掩護式液壓支架柱窩位置的確定掩護式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定，對液壓支架能否正常工作，極為重要。為此，在設計時，必須根據(jù)頂板載荷分布和底板條件，先確定支架頂梁的支撐力分布和底座對底板的比壓分布，使支架能適應工作面條件的要求，以此來確定立柱上、下柱窩的位置。①立柱上柱窩位置的確定。液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復雜．分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為簡化計算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度力向按線性規(guī)律變化，沿支架寬度方向均勻分布。把支架的空間桿系結(jié)構，簡化成平面桿系結(jié)構。同時為偏于安全，可以認為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大，呈三角形分布，并按集中載荷計算。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計算立柱上柱窩位置。此時認為支架頂梁承受集中載荷在頂梁1／3處，取頂梁為分離體。 頂梁受力分析 對A點取矩： （49）式中 x：立柱上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點的距離，m；：支架支護阻力，kN； g：支架最大支護強度，kN／； ：支護面積，； ：頂梁長度(不包括頂梁與掩護梁鉸點至頂梁后端的距離)，m； ：立柱工作阻力之和，kN； ：頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面的距離，m； ：立柱上校窩中心至頂梁頂面的距離，m； ：立柱在最高位置時的傾角； ②立柱下柱窩位置的確定。立柱下柱窩位置的確定，要有利于移架，使底座前端比壓小。同時考慮柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點的距離．一般按支架在最低工作位置時，立柱最大傾角應小于來考慮。 下柱窩位置計算圖按幾何關系列出下列公式進行計算 （410） （411）將（41