【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和頂梁盡量短，使支架輕型化。 2．標(biāo)準(zhǔn)化。為了減輕支架的重量，降低成本，提高對(duì)煤層厚度變化和頂?shù)装鍡l件 的適應(yīng)性，使液壓支架的危險(xiǎn)性減小，對(duì)同一型號(hào)設(shè)計(jì)成系列化，適應(yīng)不同煤層厚度的要求。 3．材質(zhì)強(qiáng)化。提高結(jié)構(gòu)件鋼材強(qiáng)度，采用優(yōu)質(zhì)鋼材，減輕液壓支架的重量，設(shè)計(jì)師可先進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，再選合適的材料。 4．高壓化。各種閥類的壓力等級(jí)價(jià)高，相應(yīng)的強(qiáng)度增高，使閥和油缸的體積減小，使液壓支架的質(zhì)量減輕。 5．操作自動(dòng)化。能適應(yīng)無(wú)人采煤工作面的需要，實(shí)際運(yùn)程操作的新型全自動(dòng)液壓支架。 我國(guó)液壓支架與國(guó)外液壓支架存在的差距及今后的發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)的液壓支架經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，盡管取得了顯著的成績(jī)，在雙高礦井建設(shè)中 出現(xiàn)過(guò)日產(chǎn)萬(wàn)噸甚至班產(chǎn)萬(wàn)噸的記錄，但總體水平與世界先進(jìn)采煤國(guó)家仍存在一定的差距。在支架架型功能上我國(guó)與國(guó)外相差無(wú)幾，有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處，但國(guó)產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材耐壓能力一般為 16MPa，最好的屈服極限僅有 700MPa，液壓系統(tǒng)壓力在 35MPa 以下，流量在 200L/min 以內(nèi)，供液管直徑 25～ 32mm，回液管直徑 25～ 50mm，最快移架速度為 10～ 12s/架（井下實(shí)際應(yīng)用又是在 20s 以上），工作阻力相對(duì)較低。 我國(guó)液壓支架的設(shè)計(jì)制造水平經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，不斷提高，特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架反面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，架型也基本趨于成熟完善，在品種和質(zhì)量方面與國(guó)際相比還有較大的差距。所以，今后除應(yīng)繼續(xù)針對(duì)我國(guó)國(guó)情和煤層具體條件開發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)在設(shè)計(jì)支架控制系統(tǒng)和提高指甲的工作可靠性發(fā)面下功夫。 今后，我國(guó)的液壓支架的設(shè)計(jì)將朝技術(shù)含量高、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快（ 6～ 8 s/架）和電液控制閥的方向發(fā)展，對(duì)破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可 12 靠的推桿和抬底座機(jī)構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另 外，將普遍采用額定壓力為 40MPa、額定流量為 400L/min 的高壓大流量乳化液泵站，以適應(yīng)快速一家的需要；系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液，保證支架有足夠的壓力達(dá)到初撐力，保證支架接頂位置。兩柱掩護(hù)式液壓支架的比重將大大增加，缸的直徑將增至 360mm，端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。 13 第 2 章 液壓支架的架型特點(diǎn)及選型 液壓支架的分類及特點(diǎn) 液壓支架架型的分類 按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來(lái)劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。 目前使用的液壓支架分為三類，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。 1．支撐式液壓支架：支撐是液壓支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種形式。如圖 21所示， 前梁較長(zhǎng)，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來(lái)保證。因此底座較堅(jiān)固，它靠支柱和頂梁的支撐作用 控制工作面頂板，維護(hù)工作空間。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。這類支架具有較大的支撐能力和良好的穩(wěn)定性能，適用于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，地板較硬的煤層。 2．掩護(hù)式液壓支架：掩護(hù)式液壓支架有插腿式和非插腿式兩種形式。如圖 22 所示，其頂梁較短，對(duì)頂班的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)；防護(hù)性能好，調(diào)高范圍大，對(duì)煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng)；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力小，工作空間小。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。 a b 圖 21 支撐式液壓支架的類型 14 3．支撐掩護(hù)式液壓支架：支撐掩護(hù)式液壓支架是在支撐式液壓支架和掩護(hù)式 液壓支架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種架型。它保留了支撐式支架支撐力大、切頂性能好、工作空間寬敞等優(yōu)點(diǎn)，采用雙排立柱支撐；同時(shí)又吸取掩護(hù)式支架擋矸掩護(hù)性能好，抗水平力腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等長(zhǎng)處。而且，采用堅(jiān)實(shí)的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板，將工作空間與采空區(qū)完全隔開；并采用前后連桿連接掩護(hù)梁和底座，組成四連桿機(jī)構(gòu)，使梁端距幾乎不變，防止了架前漏矸。 支撐掩護(hù)式液壓支架適用范圍很廣，可用于各種頂板條件，尤其用于中等穩(wěn)定以上的頂板條件。其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)格較貴。不同結(jié)構(gòu)形式的支撐掩護(hù)式液壓支架，其主要區(qū)別是立柱的布置方式不同。具體分類方法及及型式如圖 23 所示 圖 22 掩護(hù)式液壓支架的類型 a 插腿式支架 b 立柱在掩護(hù)梁上非插腿式支架 c 立柱在頂梁上非插腿式支架 圖 23 支撐掩護(hù)式液壓支架的類型 a．四柱平行支在頂梁上的支架 b．四柱交叉支在頂梁上的支架 c．兩支柱支在頂梁上，兩柱支在掩護(hù)梁上的支架 15 頂板的組成 回采工作面的頂板，根據(jù)巖層和煤層的相對(duì)位置及特征，可以分三類： 1．偽頂：直接位移煤層上方使極易垮落的一層巖 石。它通常使灰質(zhì)頁(yè)巖和泥質(zhì)頁(yè)巖，厚度一般不大于 ～ ，經(jīng)常隨采隨冒。有些巖層不出現(xiàn)偽頂。為頂對(duì)支護(hù)設(shè)備的使用一般沒影響。 2．直接頂：是指位于偽頂或直接位于煤層上方的一層或幾層巖層，厚度一般不大，不很堅(jiān)硬，常由泥質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖、沙質(zhì)頁(yè)巖等組成。一般隨回柱或移架而冒落。直接頂?shù)姆€(wěn)定性對(duì)支護(hù)方式及架型選擇由決定性的影響。 3．老頂：是指位于直接頂之上厚而堅(jiān)實(shí)、節(jié)理裂隙和層理都不發(fā)育的整體巖層。通常由砂巖、石灰?guī)r或砂礫巖等構(gòu)成。老頂常能在采空區(qū)維持很大懸露面積而不隨直接頂一起垮落，其垮落步距的長(zhǎng)短對(duì)支護(hù)設(shè)備的載荷大小由決定性影響。 液壓支架的支撐力與承載關(guān)系 1．支撐式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較長(zhǎng)，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(yīng)集中在控頂區(qū)的后半部分，以阻止上部巖層的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切頂。而在煤壁附近的主要工作空間的頂板則處于無(wú)立柱狀態(tài)，僅靠支護(hù)力較小的前梁來(lái)維護(hù)。股支架的工作阻力在控 頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻，起預(yù)想的支撐力分布規(guī)律如圖 圖 24 支撐式液壓支架支撐力分布圖 16 2．掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)和支撐力分布 掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)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是液壓支架大，其支撐力的分布規(guī)律如圖 25 所示 掩護(hù)式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析 1）掩護(hù)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(fù)支撐次數(shù)減少，所以頂板較完整。頂板作用在頂梁上的合力為 Q3，載荷分布如圖 26 所示 掩護(hù)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(hù)梁上，對(duì)掩護(hù)梁的作用力可分解垂直分立和水平分力，如圖 掩護(hù)式液壓支架雖然立柱少，支撐力小，但由于頂梁短，單位面積支撐力大，載荷分布和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。 圖 25掩護(hù)式液壓支架支撐力分布圖 17 圖 26 掩護(hù)式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況 2）掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況。掩護(hù)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，受力情況如圖 27 所示 直接頂冒落時(shí)，冒落巖石分別作用在頂梁上和掩護(hù)梁上。 周期來(lái)壓時(shí)，由于頂梁后部頂板不能充分切斷，基本頂壓力將由整個(gè)支架和采空區(qū)垮落巖石承擔(dān)或者有可能在切頂時(shí)，基本頂直接壓在掩護(hù)梁上，這就使掩護(hù)梁上載荷劇增，迫使頂梁支撐力減小，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。 圖 27 掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況 18 3． 支撐掩護(hù)式液壓支架支撐力分布與承載的關(guān)系及適用范圍 圖 28 支撐掩護(hù)式液壓支架支撐力分布 支撐掩護(hù)式液壓支架是為了改善支撐式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的性能和對(duì)頂板的適應(yīng)性而設(shè)計(jì)的，主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁，增強(qiáng)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，增強(qiáng)了適用范圍，適用于頂板較堅(jiān)硬 、頂板壓力較大頂板破碎的各種煤層，其受力狀況如圖 28 所示 液壓支架的選型 液壓支架的選型原則 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適合礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能夠做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟(jì)效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進(jìn)行選擇。 1．液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板。一般情況下可根據(jù)頂板的級(jí)別直接選出架型。 2．當(dāng)煤層厚度超過(guò) ，頂板有側(cè)向推力和水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不宜選用支撐式支架。 3．當(dāng)煤層厚度達(dá)到 ～ ，需要選擇有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架，煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較 大、帶有機(jī)械加長(zhǎng)桿或雙伸縮立柱的掩護(hù)式支架。 4．應(yīng)使支架對(duì)地板的接觸比壓不超過(guò)地板允許的抗壓強(qiáng)度。在地板較軟條件下，應(yīng)選 19 用抬地板裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架。176。 5．煤層傾角小于 10176。時(shí)，液壓支架可以不設(shè)防倒防滑裝置。傾角在 10176。～ 15176。（支撐式液壓支架取下限，掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架取上限）以上時(shí)，應(yīng)選用帶有防滑裝置的液壓支架。傾角在 18176。以上時(shí)，應(yīng)選用同時(shí)帶有防滑防倒裝置的液壓支架。 6．對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》要求，并優(yōu)先選擇通風(fēng)面積大的支撐式或支撐掩護(hù)液壓支架。 7． 當(dāng)煤層為軟煤時(shí)，支架最大高度一般應(yīng)≤ ；中硬煤時(shí)，支架最大高度一般≤ ；硬煤，支架最大高度＜ 5m。 8．同時(shí)允許選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。支撐式液壓支架最便宜，其次是掩護(hù)式液壓支架，最貴為支撐掩護(hù)式液壓支架。 液壓支架設(shè)計(jì)的原始條件 松軟煤層，煤層厚度 5 米，傾角 10 度，老頂級(jí)別Ⅲ級(jí)，直接頂類型 3，底板級(jí)別Ⅱ級(jí)，瓦斯涌出量較大。 液壓支架的選型過(guò)程 1．確定直接頂和基本頂類別 1)頂板分類 （ 1）直接頂分類 我國(guó)將緩傾斜煤層回采工作面的直接頂分為四類： 一．不穩(wěn)定頂板即破碎頂板，很容易冒落，冒落能基本充滿采空區(qū)。泥質(zhì)頁(yè)巖、再生頂板等屬于這一類。 二．中等穩(wěn)定頂板：這類頂板強(qiáng)度較高，但由大量節(jié)理裂隙，局部較完整，厚度不大，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般支護(hù)設(shè)備前移后隨即冒落。砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖等直接頂屬于這一類頂板。 三．穩(wěn)定頂板即完整頂板：不易發(fā)生局部冒落。砂巖頂板、堅(jiān)硬的砂質(zhì)頁(yè)巖頂板屬于這一類頂板。 四．堅(jiān)硬頂板：極難冒落的砂巖、堅(jiān)硬砂質(zhì)頁(yè)巖等屬于這一類頂板。 表 21 基本頂級(jí)別 20 注： N 應(yīng)根據(jù)采煤工作面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中的 M 和 h 來(lái)計(jì)算。 LP 可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)或礦壓顯示特征確定。 （ 2）老頂分級(jí) 老頂根據(jù)周期來(lái)壓明顯與否分為四級(jí)： I 級(jí)頂板，周期來(lái)壓不明顯； II 級(jí)頂板，周期來(lái)壓明顯； III 級(jí)頂板，周期來(lái)壓強(qiáng)烈； IV級(jí)頂板，周期來(lái)壓極強(qiáng)烈。 老頂周期來(lái)壓越不明顯，作用于支架上的載荷就越小，而且穩(wěn)定。反之，周期來(lái)壓越強(qiáng)烈，作用于支護(hù)設(shè)備上的載荷就越小，且有沖擊。 表 22 老頂級(jí)別 類 別 指 標(biāo) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 不穩(wěn)定頂板 中等穩(wěn)定頂板 穩(wěn)定頂板 堅(jiān)硬頂板 主要指標(biāo) 強(qiáng)度指數(shù) D1 l=3 l≤ 8 l=～ 7 l=9～ 18 l=～ 12 l=19～ 25 l＞ 12 l＞ 25 無(wú)直接頂，巖層厚度在 2～5m以上 σ ＞ 60～80 參照指標(biāo) 直接頂初次垮落步距 l/m 表中按右式計(jì)算： 1 = σ 1 2 σ=巖石單向抗拉強(qiáng)度（ Mpa） 基本頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 基本頂來(lái)壓 不明顯 明 顯 強(qiáng) 烈 極強(qiáng)烈 指 標(biāo) N=3～ 5 ＜ N≤ 3～ 5 LP=25～ 50 0,3＜ N≤ 3～ 5 LP＞ 50 N≤ LP=25～ 50 N≤ LP＞ 50 21 1= 節(jié)理裂隙影響系數(shù)； 2=分層厚度影響系數(shù)。 表 23 節(jié)理裂隙間距表 節(jié)理裂隙間距表 l/m c1 表 24 分層厚度表 分層厚度表 Hx/m C2 表 25 支架架型確定參數(shù) 支架架型確定參數(shù) 基本頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂級(jí)別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 液壓支架架型 掩護(hù) 掩護(hù) 支撐 掩護(hù) 掩護(hù)或支撐 支撐