ZZ44001432支撑掩护式液压支架毕业论文.doc

1 绪论液压支架是在摩擦支柱和单体液压支柱等基础上发展起来的工作面机械化支护设备，支架与滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、转载机及胶带输送机等组成一个有机的整体，实现了采、支、运等主要工序的综合机械化采煤工艺，从而使长壁采煤技术迈入了一个新的阶段。液压支架能可靠而有效的支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，防止矸石窜入工作面，保证作业空间，并且可以够随着工作面的推进而机械化移动，不断的将采煤机和输送机推向煤壁，从而满足工作面高产、高效和安全生产的要求。液压支架的总重量和初期投资费用占工作面整套综采设备的60%70%左右，因此液压支架是现代采煤技术中的关键设备之一。1.1液压支架的用途在采煤工作面的生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工作人员安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移动和推移输送机等一套动作。实践表明液压支架有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组成综合机械化采煤设备，它的应用对提高采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此，液压支架是在技术上先进、经济上合理、安全上可靠，是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。1.2液压支架的组成液压支架由顶梁、底座、掩护梁、前后连杆、立柱、推移装置、操纵控制系统等部分组成。1.2.1 顶梁作用：1）用于支撑维护控顶区的顶板。2）承受顶板的压力。3）将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。要求：1）顶梁应有足够的强度，即使在接触应力分布不均匀的情况下也不致被压坏。2）顶梁应有足够的刚度，以承受扭力。3）顶梁对顶板的覆盖率高。4）顶梁能适应顶板的起伏变化。1.2.2 底座作用：1）为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础。2）与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构。3）将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。要求：1）底座应有足够的强度和刚度。2）底座对底板的起伏变化适应性好。3）底座与底板的接触面积大，以减小底座对底板的接触比压，避免支架陷入底板。4）底座应有足够的地方来安设立柱、推移装置以及液压控制装置。5）底座要能把落入支架内的碎矸排弃到老塘中。1.2.3 掩护梁作用：1）掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座。2）阻挡并承载采空区冒落的矸石，承受顶板水平推力、侧向力和传递扭转载荷，并保持支架整体的稳定性。3）掩护梁和顶梁（包括侧护板）一起 ，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸能力。1.2.4 前后连杆 前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。其四连杆机构的作用：1）通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使用使支架前端头离煤距离大大减小，提高了管理顶板性能。2）能承受较大的水平力。1.2.5 立柱作用：1）支撑顶梁，承受载荷的作用。2）调节支架的高度，使支架的高度满足工作面的要求。3）立柱设置有大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大。1.2.6推移装置作用：1）将输送机推向煤壁，保证作业循环。2）将液压支架拉向煤壁方向，及时支护顶板。3）框架或推杆与底座导向通道共同作为支架、输送机移动时的导向，起一定的防滑作用。1.2.7操纵控制系统液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀用以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。对于液压支架的操纵控制系统传动装置，应具备以下基本要求：采用结构简单，设备外形尺寸小，能远距离的传送大的能量；能承受较大载荷；没有复杂的传动机构；在爆炸危险和含尘的空气里保证安全工作；动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单。1.3液压支架的工作原理液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。如图所示：每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，如图1-1所示，其中液控单向阀和安全阀设在架内，操纵阀可设在本架或邻架内，前者为本架操作，后者为邻架操作。图1-1 液压支架工作原理图1-顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤顶；5-安全阀；6-液控单向阀； 7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管1.3.1支架升降支架的升降依靠立柱2的伸缩来实现，其工作过程如下：1、初撑如图1-1所示，操纵阀8处于升柱位置，由泵站输送来的高压液体经液控单向阀6进入立柱的下腔，同时立柱的上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板。当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站的工作压力后，操纵阀置于中位，液控单向阀6关闭，从而立柱下腔液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。2、承载支架初撑后，进入承载阶段。随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力不断增加，立柱下腔被封闭的液体压力将随之迅速升高，液压支架受到弹性压缩，并由于立柱缸壁的弹性变形而使缸径产生弹性扩张，这一过程就是支架的增阻过程。当下腔液体的压力超过安全阀5的动作压力时，高压液体经安全阀5泻出，立柱下缩，直至立柱下腔的液体压力小于安全阀的动作压力时，安全阀关闭，停止泄液，从而使立柱工作阻力保持恒定，这就是恒阻过程。此时，支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。3、卸载当操纵阀8处于降架位置时，高压液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀6，立柱下腔排液，于是立柱卸载下降。图1-2 液压支架工作特性曲线由以上分析可以看出，支架工作时的支撑力变化可分为三个阶段，如图1-2，即：开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段t0，初撑后至安全阀开启前的增阻阶段t1 ，以及安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段t2 ，这就是液压支架的阻力-时间特性。它表明液压支架在低于额定工作阻力下工作时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用，在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在此最大支撑力，又具有可缩性，即支架在保持恒定工作阻力下，能随顶板下沉而下缩。增阻性主要取决于液控单向立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现，因此安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。1.3.2支架移动和推移输送机支架和输送机的前移，由底座3上的推移液压缸4来完成。需要移架时，先降柱卸载，然后通过操纵阀使高压液体进入推移液压缸4的活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁。需要推移输送机时，支架支撑顶板，高压液体进入推移活塞缸4的活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。1.4 液压支架架型的分类按照液压支架在采煤工作面安装位置来划分，有有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端；中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所有位置的支架。目前使用的液压支架在分三类：支撑式、掩护式和支撑掩护式支架。1.4.1 支撑式支架支撑式支架的架型有垛式支架和节式支架两种。如图1.2所示，前梁较长，立柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由立柱的复位装置来保证。它依靠立柱和顶梁的支撑作用控制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板坚硬完整、周期压力明显或强烈、底板较硬的煤层。a 垛式 b 节式图1.2支撑式支架1.4.2掩护式支架掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式。如图1.3所示，顶梁较短，对顶板的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动的能力强；防护性能好调高范围大，对煤层厚度变化适应性强。整架工作阻力小，通风阻力大，工作空间小。这类支架适用于直接顶不稳定或中等稳定的煤层。a 插腿式支架 b 立柱支在掩护梁上非插腿式支架 c 立柱支在顶梁上非插腿式支架 图1.3掩护式支架1.4.3支撑掩护式支架支撑掩护式支架架型主要有：四柱支在顶梁上；二柱支在顶梁；一柱或二柱支在掩护梁上。支柱两排，每排1-2根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构。它的支撑力大、切顶性能好、护性能好、结构稳定、但结构复杂、重量大、贵、不便于运输。这类支架适用于直接顶中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储量较大的中厚或厚煤层。1.5 液压支架的应用与研究现状液压支架是综合机械化工作面的主要设备，它能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，保持安全的地下作业空间，并可实现回采工作面及其相关设备的机械化推移。液压支架与采煤机、可弯曲输送机和顺槽转载机配合，共同构成了回采工作面的综合机械化设备，从而为煤矿地下开采实现高产、高效和安全生产创造了条件。因此，采用液压支架支护顶板是当代采煤技术一次重要的变革，也是煤矿生产现代化的重要标志。1.5.1 国外液压支架现状煤矿地下开采中的首要任务是支护和控制顶板，保持工作面的安全生产空间。在二十世纪五十年代前，国内外煤矿生产中，基本上均采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。1954年英国首次研制出液压支架，将液压技术应用到支护设备上，从而开辟了回采工作面支护设备的技术革命。从二十世纪六十年代起，国外各主要产煤国家，如前苏联、英国、法国、澳大利亚、美国、波兰等国家均相继大力发展和研制了各种型式的液压支架，并在煤矿生产中获得了广泛而成功的应用，从根本上改变和提高了地下开采的作业条件和安全性。据统计，目前这些主要产煤国家的地下开采综合机械化程度己达到90%左右，取得了良好的经济和社会效益。八十年代以来， 世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本、实现矿井集中生产做努力， 他们积极开发和应用新技术， 致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。目前，以液压支架为主体的地下开采设备，己逐步向程控、遥控和自动化方向发展。这种新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器， 采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm。为减少割煤时间，一般采用0. 81m 的截深。支架还采用屈服强度8001000MPa 的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性， 又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加， 为适应快速移架的需要， 国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站， 其额定压力为4050MPa ， 额定流量400500L / min ，可实现工作面成组或成排快速移架，达到68s/ 架。美国是世界上最先进的采煤国家， 早在1990年就已采用额定压力50MPa 、额定流量478L / min的乳化液泵站， 以实现支架快速推进， 移架速度达68s/ 架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架， 使用寿命8 10 年， 可用率高达95 %98 % 。支架平均工作阻力6470kN ( 最大为9800kN) ， 支架宽度普遍增大， 中心距达到1.75m ，并向2m 发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。如洛斯公司20 英里矿在250×5280m 长壁综采面用工作阻力为2×8565kN 电液控制两柱掩护式支架，1997 年6 月产商品煤90. 43 万t ， 成为世界上首次月产商品煤近百万吨的工作面； 1995 年9 月， 阿科煤炭公司的西糜鹿矿用工作阻力为8900kN 电流控制的两柱掩护式支架，月产煤达到60. 11 万t 。美国综采工作面最高日产超7 万t ，最高工效1336t / 工。澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产， 使用两柱掩护式支架， 支架的平均工作阻力为7640kN 。如尤兰矿用电流控制的两柱掩护式支架，在1995 年8 月8 日创下澳大利亚有史以来日产3.41 万t 的最高记录， 班产一直保持在50006000t 。英国也在大力发展两柱掩护式支架， 工作阻力有了很大提高，达到60008000kN 。1.5.2 国内外液压支架现状我国是煤炭生产大国，在二十世纪六十年代也曾研制了几种液压支架，但未得到推广和应用。七十年代我国从英、德、波兰和前苏联等国引进了数十套液压支架，经过试用、仿制和总结经验，到八十年代以后我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展，相继研制和生产了TD系列、ZY系列和ZZ系列等二十多种不同规格的液压支架，并在国内大、中型煤矿中推广应用，大大提高了我国煤矿开采的机械化水平。我国在1964 年由太原分院和郑州煤机厂设计70 型迈步式自移支架， 从此开始了液压支架的国产化道路。1984 年，北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在沈阳蒲河矿进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试验，继而研制了多种低位、中位和高位放顶煤支架， 成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使用。1990 年后， 国产液压支架得到了全面的发展，到1998 年止，全国已建成88 处高产高效矿井，其中14 处矿单个工作面的单产达15.72 万t / 月， 原煤生产人员效率达9.16t / 工， 综采机械化水平达49.32 % ，达到了世界先进水平。据统计：1995年，我国统配煤矿的综合机械化程度已达50%左右，液压支架在籍套为509套：2000年统配煤矿机械化程度己达65%。液压支架在籍套数达700多套。目前，国内大、中型矿井中，条件合适的煤层均采用液压支架进行综合机械化开采。液压支架己成为保证安全、高效生产的一种重要设备。在综采比例方面也低与世界产煤大国地位极不相称世界主要产煤国家的综采比例都是全国煤炭井工生产的比例。波兰是92.5 % ，俄罗斯是85.7 % ，乌克兰是76.4 % ， 而美国、德国、英国、日本都是99 %以上。我国1998 年统计，国有重点煤矿回采产量3.67 亿t ，只有1.87 亿t 是综采生产，占49.32 %。而国有地方煤矿的综采比例远低于此数；乡镇地方煤矿则基本是空白。据初步估计，按全国井工生产的煤炭来算，综采比例只有23 %左右。我们液压支架制造技术水平比较落后，在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面与世界先进国家相比还有很大差距。支架液压系统的阀类，用的是乳化油，防锈蚀要求很高，国外一直使用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯；我国是45 号钢加表面防腐处理。密封件的寿命国外大于5a ，我国是2a 左右。我国液压支架耐久性试验要求是大于7 000 次，印度要求是大于35 000 次，美国是大于45 000 次。这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用，在国内高产工作面及在国际上是没有竞争力的。综采工程技术人员普遍认为目前我国支架的工艺技术水平尚未达到1979 年引进的100套支架的技术水平，可想落后远不止20 a 。国内产煤大矿务局高产工作面使用进口设备这一问题发人深省。我们液压支架控制系统的研究也落后，目前，我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式，虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点，但它存在严重缺点：(1) 工人劳动条件差，安全性差；(2)移架速度慢，影响采煤机效率的发挥；(3) 通风条件差，支架故障率高； (4) 支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。1.6 液压支架的研究与发展趋势21 世纪是以网络信息为代表高科技迅猛发展的新时期，也是煤矿以高效集约化生产为特征的新时期，为了满足高产综采工作面生产发展的需要，就煤炭综采而言，国外主要产煤国家从未停止过依靠更大的技术投入取得采煤更高经济效益的努力。我们也必须抓紧研制和推广电液控制系统。液压支架实现自动控制后，就可有效地克服上述缺点，实现对支架的电液控制，而且有多种控制方式可供选择，人员可在较安全的地方集中对整个工作面的支架进行远程控制或程序控制。现在世界上已经有70 多个电液自动化控制工作面。工作面的技术设备又正在以迅猛之势向前发展。我们不能依赖老实进口，我们要自己研制，否则和我国产煤大国的地位也是极不相称的。我国液压支架经过20 多年的发展， 尽管取得了显著成绩， 在双高矿井建设中出现过日产万吨、甚至班产超万吨的记录， 但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定差距。在支架架型功能上我国与国外相差无几， 有些地方特别是特厚煤层用的放顶煤支架、铺网支架、两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处， 但国产液压支架技术含量偏低， 电液控制阀可靠性差，所用钢材一般为16Mn ，最好的屈服极限才700MPa ， 液压系统压力在35MPa 以下，流量在200L / min 以内，供液管2532mm ，回液管2550mm ， 最快移架速度1012s/ 架(井下实际应用有时在20s 以上) ， 工作阻力更是相对较低。今后10 年， 我国的液压支架将朝技术含量大、钢板强度高、移架速度快(68s/ 架) 和电液控制阀的方向发展， 对有破碎带和断层的工作面将加大支架的移架力， 尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构，并减少千斤顶的数量。另外，将普遍采用额定压力为40MPa 、额定流量为400L / min 的高压大流量乳化液泵站， 以适应快速移架的需要； 系统采用环形或双向供液， 保证支架有足够的压力达到初撑力，保证支架接顶位置准确。ZY 两柱掩护式支架的比重将大大增加， 缸径将增至360mm ， 端头支架、轻放多用途支架将被广泛使用。所以，今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件，开发一些新架型、新品种外，还应在改进支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功夫。作为一种回采工作面的支护设备，液压支架的架型、结构与相关参数，必须与回采工作面的顶、底板条件和煤层条件相适应，才能取得良好的支护效果。由于地下开采条件的复杂性和多样性，因此，尽管国内外对液压支架己经过了近半个世纪的研究和应用，出现了数十种不同的结构架型，但至今为止，也仅能在缓倾斜中厚以下煤层中获得了较为成功的应用，对于倾斜、急倾斜或厚煤层中的液压支架尚处在研究和试验阶段。即使对于缓倾斜中厚煤层的液压支架，其结构、性能与控制方式如何更适应不同的生产条件，仍需不断的改进和研究。目前，液压支架设计研究取得重要进展，主要在以下方面：(1) 设计理论和方法有了突破。煤炭科学研究总院北京开采研究所对支架力学持性进行了深入的研究，提出了液压支架三维力学模型的计算方法，克服了传统平面力系计算方法的缺陷，提出了液压支架总体结构参数优化设计方法，开发出液压支架设计计算通用软件系统，并广泛应用，使我国液压支架设计计算提高到一个新水平。(2) 完成液压支架计算机模拟试验的研究。把有限元方法成功地用于液压支架的研究，建立了液压支架整体有限元模型，开发出SSTS液压支架模拟试验计算机仿真软件系统，大大提高了液压支架设计的可靠性，广泛应用于液压支架设计研究，达到国际先进水平， 为我国液压支架打入国际市场发挥了重要作用。(3) 技术规范和标淮化建设取得重要进展。我们已先后制定液压支架系列技术标准17项，成为国际上液压支架标准较完善的国家之一，促进了液压支架技术的发展。(4) 计算机辅助设计(CAD)有了较大发展。开发了CAD工作站和微机CAD系统，建成了较完整的液压支架数据库和通用件国库，并正在逐步实现支架设计CAD化。(5) 液压支架控制系统有了重大进步。根据我国国情研制的全液压手动控制快速移架系统的广泛应用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由过去的20 30s/架，提高到912s/8架。(6) 新架型研制成绩显著，架型结构进一步完善。新型高可靠性支架，反向四连杆高产高效低位放顶煤支架，适应中小煤矿的单一煤层开采用轻型支架和轻型单摆杆放顶煤支架均取得成功。 基于以上进展，液压支架的研究与发展方向是：(1) 在己有支架设计与应用经验的基础上，研究支架的智能化设计方法和结构与参数的优化，进一步提高支架设计的科学性、可靠性和结构性能的优化性。 (2) 研究特殊煤层使用的液压支架，以适应不同的开采条件。 (3) 研究新型元件与材质，以减轻支架重量，提高支架的性能和使用寿命。(4) 研究支架的遥控、程序控制和性能自动监测，为回采工作面的半自动化与自动化创造条件。液压支架选型 影响液压支架选型的因素首先是矿山地质条件其次才是采矿技术条件。矿山地质条件主要有：顶底板稳定性，煤层厚度、倾角、煤层赋存状况及瓦斯含量等。其中以煤层及其顶底板稳定性影响最大。2.1液压支架选型影响因素2.1.1 顶板稳定性 支架支护强度及架型与顶板稳定性密切相关。顶板稳定程度决定着所选支架的支护强度及架型。我国适用于综采面的顶板分类方案，在一定程度上，反映出顶板稳定性和架型的关系。在英国，煤层顶板稳固平整，多用整体移动的垛式支架，苏联开采煤质松软、顶板破碎的煤层，主要采用掩护式支架，美国煤层顶板坚硬，多用各式强力支架。2.1.2底板稳定性 国内外为实践表明，底板岩石组成、结构及岩石力学性质已经是支架选型时不可忽视的条件。我国鸡西小恒山矿某踪采面底板为松软的炭质页岩及薄煤互层，抗压能力小，使用道梯(4X280t)垛式支架，出现座箱一端偏向压入底板，支架移动困难。铜川东坡矿综采面底板上有一层厚0.3m的松软炭质页岩 (抗压强度约为2.5MPa)使用伽立克垛式支架，也出现底座偏向陷入底板的现象。底板稳定性对支架底座影响很大。联邦德国煤层底板局部变化较大，支架普遍采用弹簧钢底座：英国煤层底板抗压强度较低(约为58吨每平方英尺)，支架普遍采用箱形底座。根据我国煤层底板岩石抗压强度，煤矿设计单位情报协作组“综采”调查组曾于一九七八年建议：对于不同底板，选用不同架型。但选型时，要区分具体的支架结构型式和参数，如同属支撑式支架，节式支架就不适用软底板，而垛式支架能够用于软底板，整体底座又较分体底座适用于松软底板。对于掩护式支架；插腿的能够适应较软底板，非插腿的就差些。总之，根据底板条判：选型，主要应当依据底座的结构型式，合力作用点在底座上的位置，以及支架对底板的比压分布而定。2.1.3煤层厚度 支架支护强度与煤层厚度有关，煤层厚度愈大，支架支护强度愈高， 由于煤炭工业的快速发展，需要提高综采设备的可靠性，所以，当前生产的液压支架支护强度都比理论数据要高。此外，煤层厚度变化对支架结构高度选择也有影响，国外采用留煤皮、设机械加长段装置或更换座箱，改用双伸缩立柱等措施，提高支架对煤层厚度变化的适应性。2.1.4煤层倾角 如前所述，煤层倾角直接影响支架稳定性。倾角增大，支架倾倒、下滑、输送机下滑问题均会发生，必须采取防倒、防滑措施。它为液压支架制造和采面回采工艺、安全生产等方面都带来了麻烦。倾角大，使用普通液压支架回采，如对支架不加改进或不采取必要措施，是十分困难的。2.1.5煤层埋藏稳定性实践表明，煤层埋藏越平稳，综采的效果越好。河北煤研所为了摸清河北适宜发展综采的煤炭储量，以便创定综机发展规划，搞了个“河北省各矿区煤层按开采条件统一编号的意见”；其中划分开采条件的第一个标准就是地质构造。国内外大量的经验教训说明，断层及其性质对支架使用好坏有决定性的影响。断层落差大，综采设备通不过，断层条数多，综采面搬家次数多。开滦煤矿百米采面，综采面每搬家一次约用400工。西德采用改进支架结构，增加其灵活性，并便于拆装和搬运的办法，适应煤层赋存条件。我国开滦唐山矿在南翼五煤层使用HD型节式支架，顺利地穿过了落差一米左右的料交断层，穿过了数条平行采面的断层及“岩坎”、“岩墙”。日本来用缩短采面，英国采用大功率采煤机煤岩一齐割硬行通过断层的办法适应地质破坏。 ”2.1.6煤层瓦斯含量对于高瓦斯矿井，必须考虑支架通风断面能否保证通过足够的风量。如果围岩条件允许调整架型，则应选用通风断面大的支架。据我国对现用液压支架不完全统计，以最大通风断面计算，HD型节式支架较垛式支架大3875，较支撑掩护式支架大44，较掩护式支架大4880。节式支架与国内现用的其它架型相比，其通风断面约大40左右。如果围岩条件不允许调整架型，则要采用降低割煤速度，如采用不等速割煤，以及缩短采面减少煤壁暴露面积等办法弥补支架过风断面不足。此时应降低产量要求。至于采矿技术条件如回采方式、采面长度、采煤机械类型、生产环节等因素都对选型有一定影响。例如： (1)推采方式中，前进式有三个缺点常造成运输障碍；无法预报断层；瓦斯涌出量大，不安全；后退式相反，对选型可做到心中有数， (2)采面长度方面，若煤层厚度变化较大，断层较多，采面短些为好，我国综采面一般以150m左右为宜。本液压支架使用条件为：煤层硬度2.0f，煤层倾角20°，直接顶类别2，基本顶类别，工作面长度100m，采煤方法：走向长壁。2.2液压支架主要结构参数和形式的确定2.2.1 支架的高度和支架的伸缩比1.支架高度支架高度的确定原则，一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，然后确定支架高度对于大采高支架，按下式确定支架高度，即： （mm） ( 2-1 ) (mm) ( 2-2 )式中 ： 支架最大高度(mm)；支架最小高度(mm)；煤层最大厚度煤层最小厚度考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可能初撑力所需要的支撑高度，一般取200300mm；顶板最大下沉量，一般取100200mm；移架时支架的最小可缩量，一般取50mm；浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm；取=300mm 由于煤层平均厚度2m，变化在1.63.9m，煤层结构简单，煤质较硬。由煤况确定计算的参数，同时支架的最大高度和最小高度的值应符合MXA-300/3.5，支架最大高度为3.2m，最小高度1.4m。2.支架的伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值即： ( 2-3 )支架的最大高度与最小高度之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架适用范围越广，但过大的调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。经计算，该支架的伸缩比。2.2.2顶梁长度计算支撑掩护式支架顶梁长度L由三部分尺寸组成：前柱立柱中心至梁端长度，前后排立柱间的距离，后排立柱至梁尾尺寸，如图2-6所示。前柱立柱中心至梁端长度L1一般为2.22.5m，前后排立柱间距离L2一般为10001200mm，后柱中心至尾梁端部距离C应大于挡矸装置的尺寸，一般取400800mm。具体计算过程如下： 图2-6 支架与设备配套关系图前排立柱到顶梁前端的长度L1由下式计算： （2-4）式中：a输送机铲煤板端至煤壁距离，一般为50140mm; x支架底座前缘至前柱中心的距离，mm； y包括铲煤板在内的运输宽度，mm； z移架步距，超前支护时大于截深，滞后支护时可为零，mm； b梁端距，一般取250350mm。这里，取a=50mm；x=894mm；z=600mm；b=350mm；y=764mm；可得：立柱间距的选择原则为，在有利于工作和部件合理布置的原则下，采用较小柱间距。立柱间距小，可减小控顶距。但工人行走不便，操作不便。支架立柱间距一般为1.0-1.5m取L2=1020mm；C=400mm，可得：L= L1+L2+C =2010+1020+400=3430mm图3-1 铰接式顶梁1顶梁 2前梁 3护帮板 4前梁千斤顶 5护帮千斤顶1）顶梁宽度目前，各型支架均为整体自移式，其顶梁在宽度方向皆为整体式结构。顶梁宽度根据支架间距和架型来定，架间间距为0.2m左右，其中宽面顶梁宽度在1.2-1.5m这次设计支架中心距为1500mm，带有活动侧护板，根据综采技术 册，本支架选取顶梁宽度为：=1400 mm。（2）顶梁厚度液压支架的顶梁均为钢板焊接的箱形结构，钢板厚度一般为1620mm，支架钢板厚度取18mm。上、下盖板之间焊有加强筋板，前梁部分由于载荷较少，按等强度原则，厚度逐渐减少。具体结构按立柱支点、有关千斤顶的铰点来确定，并应满足强度与刚度要求。顶梁厚度取269mm2.2.3四连杆机构的几何作图法支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角P和后连杆与底平面的夹角Q，为图2-1所示，应满足下列要求。支架在最高位置时，P52°62°，75°85°；支架在最低位置时，考虑矸石便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，则要求 tanP>f,如果按钢和矸石的摩擦系数f=0.3，可求得tanP=0.3，则P=16.7°，为了安全可靠最低工作位置应使P25°为宜，而Q角主要考虑掩护梁底部距底板要有一定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能降下来，一般取Q为25°30°。首先用解析法确定掩护梁和后连杆的长度，如图23所示。L掩护梁长度；后连杆长度；E点垂直线到后连杆下铰点之距；支架最高位置时的计算高度；支架最低位置时的计算高度；从几何关系可以列出:将以上两式联立解得：按四连杆机构的几何特征所要求的角度，选定：; ; 图3-3掩护梁和后连杆计算图 = = 0.697支架在最高位置时的值为：因此掩护梁的长度为： =1861取：L = 1861后连杆长度为： = 1314取：一般， 故取：经校核计算，满足设计要求。用几何做图法确定四连杆机构的各部尺寸具体做法如上图：作图步骤如下：1、确定后连杆下铰点O点的位置，使它大体比底座略高，一般为200250，考虑太低会使安装销子困难，太高底座又笨重。2、过O点作水平线HH线与底座相平行。3、过O点作一条直线与水平线HH线相交其交角为。4、以O点为圆心，以为半径作圆，与该直线相交于A点，即为后连杆与掩护梁的上铰点。5、过A点作一条直线与水平线HH线相交其交角为。6、以A点为圆心，以L为半径作圆，与该直线相交于E点，即为掩护梁、与顶梁的铰点。7、过E点作一条直线与水平线HH平行的FF直线，则HH线与FF线的距离为h，即为液压支架最高位置的计算高度。8、以A点为圆心，以0.25倍的L为半径作圆，即为前连杆的上铰点。9、过E点作FF线的垂线。假设在液压支架升降过程中，E点近似在此直线上滑动。10、在垂线上作液压支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点为E。11、取EE中点为E点，为液压支架在降到中间位置时，掩护梁与顶梁的铰点。12、以O点为圆心，以为半径作圆弧。13、以E点为圆心，以掩护梁长L为半径作圆，与圆弧相交于A点，此点为液压支架在降到中间位置时，掩护梁与后连杆的铰点。14、以E点为圆心，以掩护梁长L为半径作圆，与圆弧相交于A点，此点为液压支架在最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。15、。并以A点为圆心，以0.25倍的L为半径作圆，与EA相交于B点。以A点为圆心，以0.25倍的L为半径作圆，与EA相交于B点。即B、B、 B三个点为液压支架在三个位置时的前连杆的上铰点。16、连接AO、AO，为液压支架降到中间位置和最低位置时，后连杆的位置。17、分别作BB和BB的垂直平分线交于C点，即为前连杆的下铰点，BC为前连杆的长度。18、过点C向HH线作垂线，交于D点。则AO、AB、BC、CD为液压支架的四连杆机构。按以上步骤作图，结果如图3-5所示。 图35支架简图最终确定四连杆机构的各项尺寸为：AO = 1314 mm AB = 328 mmBC =1402 mm CD = 317 mm 2.2.4支架间距的确定支架间距就是指相邻支架中心线间的距离。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为170200mm。当支架中心距为1.5m时，最小宽度一般取14001430mm，最大宽度一般取15701600mm。当支架中心距为1.75m时，最小宽度一般取16501680mm，最大宽度一般取18501880mm。当支架中心距为1.25m时，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度取1150l180mm最大宽度取11201150mm。如果顶梁不带活动侧护板，则宽度一般取1150l200mm。支架间距b主要根据支架型式，但目前主要根据刮板运输机油槽每节长度及槽帮上千斤顶连接的位置来确定，目前我国刮板运输机溜槽每节长度为1.5m或1.75m,千斤顶连接位置在刮板槽中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5m。2.2.5底座长度底座是将顶板压力传递到底板和稳定支架的作用。在设计支架底座的长度时，应考虑如下方面：支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走；保证支架的稳定性。通常，支撑掩护式支架的底座长度取约4倍的移架步距（一个移架步距为600mm）。因此，本支架取底座长度为2575mm。底座宽度在保证移架时不咬架的前提下，应尽可能加宽，以提高支架的横向稳定性。底座宽度一般为中心距减去100150mm。当中心距为1.5m时，底座宽度取13501400mm；当中心距为1.75m时，底座宽度一般为16001650mm。所以本次设计取底座宽度为1400mm。2.2.6支护面积支架的支护面积按下式计算： （2-5）式中：支护面积（）顶梁长度（） 移架后顶梁前端到煤壁的距离，一般=0.3m 支架中心距故本支架支护面积为： 2.2.7支护强度支护强度是液压支架的一个重要参数，它是液压支架对顶板的支撑力R（KN）与支架对顶板的支护面积（）的比值，即 （2-6）值表示支架对顶板单位面积的作用力。支撑力与工作阻力不一定相等：支撑式支架，=；其他形式的支架，一般情况下<,为工作阻力的80%左右。经计算得： 2.2.8立柱计算在液压支架的总体设计中，除了顶梁、