【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 改造和革新技術(shù)裝備的進(jìn)程 ,增加地下開采和露天開采的煤產(chǎn)量 ..地下開采是最復(fù)雜和困難的方法 ,但是 ,這種方法在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家和以煤炭作為一次能源的地區(qū) ,仍然普遍應(yīng)用 ,而且 ,開采優(yōu)質(zhì)煤包括煉焦煤 ,都是采用地下開采的方法 . 綜合機(jī)械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術(shù)革命 ,從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌 ,綜合機(jī)械化采煤是 20 世紀(jì)人類科學(xué)發(fā)展的重要成果 .綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在我國(guó)的研究試驗(yàn) ,使用 ,發(fā)展 ,徹底改變了我國(guó)煤炭工業(yè)的面貌 ,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高了產(chǎn)量 ,勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)效益 ,滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)煤炭的需求 ,合理的集中生產(chǎn)簡(jiǎn)化了生產(chǎn)系統(tǒng) ,提高了生產(chǎn)安全性 ,我國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展得 30 多年 ,使我國(guó)的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進(jìn)了世界先進(jìn)行列 ,綜放技術(shù)躍居世界領(lǐng)先地位 . 工作面支護(hù)問題始終是困擾煤炭安全生產(chǎn) ,產(chǎn)量和效率的重要問題 .以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化采煤 (以下簡(jiǎn)稱綜采 )的誕生和發(fā)展是煤炭生存發(fā)展史上的一次重大革命 .不僅從根本上改善了勞動(dòng)和安全條件 ,也為工作面產(chǎn)量和效率的提高奠定了基礎(chǔ) .但是綜采設(shè)備初期投資高 ,特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約 60%,因此液壓支架的合理選用特顯重要。 30 多年來(lái)在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤炭總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計(jì)所為主的支架研究設(shè)計(jì)隊(duì) 伍，采用計(jì)算機(jī) CAD 進(jìn)行各種類型支架的設(shè)計(jì)，用有限元計(jì)算軟件等進(jìn)行計(jì)算，并普及計(jì)算機(jī)繪圖。我國(guó)制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計(jì)、選型和使用提供了有力的指導(dǎo)依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機(jī)械工業(yè)部及船舶制造總公司等專業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國(guó)家煤炭支護(hù)設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)中心為骨干的檢測(cè)隊(duì)伍。制定有關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) 11 項(xiàng)，建立了各項(xiàng)支架檢測(cè)手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊(duì)伍；形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。不僅能滿足國(guó)內(nèi)需求，還向美國(guó)。俄羅斯、土耳其和印度等國(guó)家出口液壓支架和成 套綜采設(shè)備。 為適應(yīng)我國(guó)煤礦綜采機(jī)械化的發(fā)展，國(guó)內(nèi)綜采設(shè)備科研設(shè)計(jì)和制造企業(yè)已將研制開發(fā)出具有較先進(jìn)技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機(jī)、重型刮板輸送機(jī)、電液控制強(qiáng)力液壓支架和多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)大運(yùn)力中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 2 帶式輸送機(jī)。配套設(shè)備的生產(chǎn)能力達(dá)到 1500~2500t/h，在適宜的煤層和礦井條件下，綜采動(dòng)作面可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 300 萬(wàn)噸以上。 新型礦用單體支護(hù)設(shè)備，采用懸浮式液壓技術(shù)原理，生產(chǎn)礦用單體支護(hù)設(shè)備，技術(shù)水平達(dá)到了國(guó)家領(lǐng)先水平，填報(bào)了國(guó)際空白。 DWX 型液壓支柱的柱塞懸浮，密封脹緊，密封補(bǔ)償，無(wú)內(nèi)泄漏，無(wú)圓弧焊縫等技術(shù)和安全特點(diǎn)，具有獨(dú)創(chuàng) 性。新型礦用單體支護(hù)設(shè)備的誕生，消除了五十年來(lái)國(guó)內(nèi)外單體支護(hù)設(shè)備一直存在的內(nèi)泄漏和圓弧焊縫脆斷等安全隱患問題。解決了深部煤礦開采沖擊地壓條件下回采工作面支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)束了有德國(guó)人發(fā)明的第二代單體設(shè)備的歷史，并將會(huì)長(zhǎng)期使用下去。該產(chǎn)品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護(hù)和端頭支護(hù)，可廣泛應(yīng)用于薄煤層、中厚煤層和較厚煤層工作面，是煤礦重要支護(hù)設(shè)備。 近十年來(lái)主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向更高工作阻力、大中心距發(fā)展。液壓支架的另一個(gè)重大突破是控制系統(tǒng) ，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時(shí)間達(dá)到 6~8s。 我國(guó)自 1973 年開始大規(guī)模引進(jìn)德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過程，到目前已形成了較完整的設(shè)計(jì)、制造和科研體系，掩護(hù)式液壓支架和采煤技術(shù)已有了長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。 采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭增長(zhǎng)的日益需要，必須 大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加機(jī)械化采煤工作面。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此液壓支架的設(shè)計(jì)工作非常重要。由于液壓支架的類型很多，由此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可知，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 通過對(duì)液壓支架的理論學(xué)習(xí)，完成液壓支架的設(shè)計(jì)工作，加深對(duì)液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的了解。通過對(duì)液壓支架結(jié)構(gòu)的分析，加深和鞏固機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi) 容；通過對(duì)液壓支架受力的分析和強(qiáng)度的校核，加深對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學(xué)和材料力學(xué)及專業(yè)課機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。同樣通過對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)，能夠更好的認(rèn)識(shí)國(guó)內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問題，從而為以后更深入的認(rèn)識(shí)、了解和設(shè)計(jì)液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。 通過自己獨(dú)立的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題和解決問題的能力，學(xué)會(huì)查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為自己成為一名出色的機(jī)械工程師打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才提 出了更高的要求，作為一名當(dāng)代的大學(xué)畢業(yè)生，不見你打好堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，還應(yīng)具備工程技術(shù)人才應(yīng)有的綜合素質(zhì)。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，我們應(yīng)立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計(jì)為培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)、提高創(chuàng)新能、樹立團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、強(qiáng)化計(jì)算機(jī)運(yùn)用等多為兼容性畢業(yè)設(shè)計(jì)；同時(shí)通過完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力；在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，以我們的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，教師適時(shí)指導(dǎo)為輔；將素質(zhì)教育與畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平。 中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 4 第二章 液壓支架基本理論分析 綜采工作面的布置和循環(huán)工作過程 綜合機(jī)械化采煤設(shè)備在工作面的布置情況如圖 21 所示，其中主要設(shè)備有：進(jìn)行落煤和裝煤工作的滾筒式采煤機(jī) 1（也可用刨煤機(jī)）；完成工作面用煤工序的可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī) 5 和順槽運(yùn)輸設(shè)備（轉(zhuǎn)載機(jī) 4 與可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī) 3），用于支護(hù)頂板的工作面支架 2 和端頭支架 11，設(shè)在下順槽的乳化液泵站（包括乳化液 8 和乳化液箱 9），以及由乳化液泵站引入工作面的主進(jìn)管 6 和回液管 7等。各種綜采工作面的布置方式基本相同，只是設(shè)備和使用條件的不同略有差異。上述各種設(shè)備在回采工作面中，按一定的生產(chǎn)工藝流程協(xié)調(diào)的進(jìn)行工作，發(fā)揮著各自的效能。綜采工 作面的生產(chǎn)過程比較單一，只有采煤、移架、推溜三項(xiàng)主要工序，而這三項(xiàng)工序的組合，可以是采煤－移架－推溜也可以是采煤－推溜－移架。前者隨采煤機(jī)后緊接移架，及時(shí)支護(hù)頂板，稱及時(shí)支護(hù)方式。 后者推溜后在移架，稱滯后支護(hù)方式，現(xiàn)在以采用先移架，后推溜工作方式的總采面為例，說明他的循環(huán)工作過程（見圖 21）： 由圖 21 可知： AA 斷面表示采煤機(jī)截割前狀態(tài)，此時(shí)，運(yùn)煤機(jī)緊靠煤壁，移架裝置處于伸出狀態(tài)，支架相對(duì)于運(yùn)輸機(jī)退后一個(gè)步距。 BB 斷面表示采煤機(jī)截割后狀態(tài)，這時(shí)支 架頂梁端與煤壁之間的頂板裸露，需要及時(shí)支護(hù)。 CC 斷面表示采移架后狀態(tài)，采煤機(jī)截割后接著把支架移至緊靠運(yùn)輸機(jī)的位置，并升柱撐緊，以便及時(shí)支護(hù)新暴露的頂板，移架步距一般 600mm，它必須與采煤機(jī)的截割深度相配合。 DD 斷面表示推移運(yùn)輸機(jī)后狀態(tài)，隨著采煤機(jī)的不斷截割前進(jìn)，滯后采煤機(jī)約 10～ 12m 左右，把運(yùn)輸機(jī)推至煤壁前的新機(jī)道上。 中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 5 由此可知，這個(gè)綜采工作面的回采工藝流程是采煤、移架和推溜。沿工作面全長(zhǎng)，每完成一個(gè)流程，即采煤機(jī) 割一刀 ，液壓支架和工作面運(yùn)輸機(jī)前進(jìn)一次，稱為一個(gè)循環(huán)。綜采工作面的生產(chǎn)過程，就是按此循環(huán)工作不斷進(jìn)行的過程。 圖 21 綜合機(jī)械化采煤設(shè)備在工作面的布置情況 液壓支架的組成 液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場(chǎng)頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。 液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與圍巖的作用關(guān)系 —“般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式 (圖 22)和支撐掩護(hù)式 (圖 23) 根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分承載結(jié)構(gòu)件、 動(dòng)力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。 中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 6 圖 22 掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu) 圖 23 支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu) （ 1）承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。 (2) 液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。 (3) 控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動(dòng)作及保證所需的工作性能 。 (4) 輔助裝置，如推移裝置、護(hù)幫 (或挑梁 )裝置、伸縮梁 (或 插板 )裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。 （ 5）工作液體：這是傳遞泵站能量，使液壓支架能有效工作的工作介質(zhì)。液壓支架的工作液體是乳化液。 按支架和圍巖的相互作用分類 此時(shí)液壓支架可分為三類： （ 1）支撐式支架：它有較長(zhǎng)的頂梁，較多的支柱，并呈垂直布置，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 機(jī)構(gòu)來(lái)保證，因此有堅(jiān)固的箱式底座。它靠支柱與頂梁的支撐作用，控制工作面的頂板，維護(hù)工作空間，而頂板巖石則在頂梁后部切斷跨落。這種類型的支架具 有較大的支撐能力和良好的切頂性能，因此適應(yīng)于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，底板也較硬的煤層中。 （ 2）掩護(hù)式支架：它的頂梁較短，支柱一排，一般僅 1～ 2 根，多呈傾斜布置與掩護(hù)梁連接或直接與頂梁相連接。它靠支柱和頂梁支撐頂板，而掩護(hù)梁只與冒落矸石相接觸，防止矸石涌入工作面，以維護(hù)一定的工作空間。這種類型的支架，有良好的防矸掩護(hù)性能，主要適用于頂板中等穩(wěn)定和破碎，底板也較軟的煤層中。 （ 3）支撐掩護(hù)式支架：支撐掩護(hù)式支架是介于支撐式和掩護(hù)式之間的一種架型。它的特點(diǎn)是，支柱兩排，每排 1～ 2 根，多呈傾斜布置，靠采 空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)。這類支架靠支撐和掩護(hù)作用來(lái)維護(hù)工作空間，兼有支撐式和掩護(hù)式支架的優(yōu)點(diǎn)，適用于頂板穩(wěn)定和中等穩(wěn)定，有較明顯的周期壓力，底板中等穩(wěn)定的煤層中。 支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式等三類支架中，對(duì)照采煤工藝對(duì)支架的要求來(lái)看，掩護(hù)式支架具有很多特點(diǎn)和較廣的適用范圍。雖然掩護(hù)式支架單位工作面長(zhǎng)度上的支撐能力不如其余兩種，但由于控頂距小單位面積上的支撐力較大，能對(duì)頂板進(jìn)行有效的支撐；還有有效的擋矸裝置，能更好 的適應(yīng)破碎頂板的支護(hù)需要；支架本身為一定的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，抗水平力性能好，且便于支架前移； 支架的結(jié)構(gòu)和液壓系數(shù)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，管理維修容易；支架調(diào)高范圍較大，對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性強(qiáng)。所以，掩護(hù)式支架在使用中已取的良好的經(jīng)濟(jì)效果，使用范圍正在擴(kuò)大。 按移動(dòng)方式分類 液壓支架可分為兩類： （ 1）整體自移式：支架成整體結(jié)構(gòu)，因而整體移動(dòng)。掩護(hù)式，和部分支撐式支架，均采用這種移架方式。 （ 2）邁進(jìn)式：邁進(jìn)式支架又可分為交互前移式和提步前移式兩種。 ①交互前移式支架，是利用主副架護(hù)為著力點(diǎn)交互推拉前移的方式，架間安裝推移千斤頂和導(dǎo)向裝置。一般節(jié)式支架常用這種移架方式。 ②提步前移式支架，是采取 頂梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，蘇 2M81? 型支撐掩護(hù)式支架，移架時(shí)沿著支撐柱頂板的臨架頂梁推移。還有一種是滑行頂梁式支架，移架時(shí)本架頂梁在內(nèi)部滑移。 ③根據(jù)使用地點(diǎn)的不同，液壓支架又可分為工作面支架和端頭支架兩類。 中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 上述各類支架均為工作面支架，用來(lái)支護(hù)工作面的頂板。端頭支架，則用在工作面兩端與順槽的連接處，由于此處的機(jī)械設(shè)備較多，需要占有的工作空間大，同時(shí)又是人員的安全出口，要求端頭支架能很好的和各設(shè)備相配合，達(dá)到有效的支護(hù)懸露面積較大的頂板。因 此，端頭支架在結(jié)構(gòu)上具有特殊性。 （ 1）液壓支架自動(dòng)移設(shè)的原理：液壓支架以高壓液體為動(dòng)力，通過各種動(dòng)力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運(yùn)輸機(jī)等各種動(dòng)作，以便支架隨工作面不斷推進(jìn)而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。圖 24 是一個(gè)最簡(jiǎn)單的液壓支架的工作系統(tǒng)示意圖。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過程分別加以敘述。 圖 24 液壓支架工作原理 1頂梁 2 立柱 3 底座 4 推移千斤頂 5 安全閥 6 液控單向閥 7 、 8 操縱閥 9 輸送機(jī) 10 乳化液泵 11主供液管 12 主回液管 ①降柱：當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管，進(jìn)入支柱活塞桿腔，同時(shí)也進(jìn)入液控單向閥的控制管路，打開液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。 ②移架：液壓支架卸載后，操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管進(jìn)入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時(shí)也進(jìn)入液控油路，打開液