支撑掩护式液压支架毕业设计

支撑掩护式液压支架毕业设计内容摘要：

和顶梁尽量短，使支架轻型化。 2．标准化。 为了减轻支架的重量，降低成本，提高对煤层厚度变化和顶底板条件 的适应性，使液压支架的危险性减小，对同一型号设计成系列化，适应不同煤层厚度的要求。 3．材质强化。 提高结构件钢材强度，采用优质钢材，减轻液压支架的重量，设计师可先进行技术经济比较，再选合适的材料。 4．高压化。 各种阀类的压力等级价高，相应的强度增高，使阀和油缸的体积减小，使液压支架的质量减轻。 5．操作自动化。 能适应无人采煤工作面的需要，实际运程操作的新型全自动液压支架。 我国液压支架与国外液压支架存在的差距及今后的发展趋势 我国的液压支架经过 30 多年的发展，尽管取得了显著的成绩，在双高矿井建设中 出现过日产万吨甚至班产万吨的记录，但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定的差距。 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，所用钢材耐压能力一般为 16MPa，最好的屈服极限仅有 700MPa，液压系统压力在 35MPa 以下，流量在 200L/min 以内，供液管直径 25～ 32mm，回液管直径 25～ 50mm，最快移架速度为 10～ 12s/架（井下实际应用又是在 20s 以上），工作阻力相对较低。 我国液压支架的设计制造水平经过 30 多年的发展，不断提高，特别是在缓倾斜中厚煤层的液压支架反面积累了丰富的经验，架型也基本趋于成熟完善，在品种和质量方面与国际相比还有较大的差距。 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，还应在设计支架控制系统和提高指甲的工作可靠性发面下功夫。 今后，我国的液压支架的设计将朝技术含量高、钢板强度高、移架速度快（ 6～ 8 s/架）和电液控制阀的方向发展，对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 12 靠的推杆和抬底座机构，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，以适应快速一家的需要；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。 两柱掩护式液压支架的比重将大大增加，缸的直径将增至 360mm，端头支架、轻放多用途支架将被广泛使用。 13 第 2 章 液压支架的架型特点及选型 液压支架的分类及特点 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分为三类，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式液压支架。 1．支撑式液压支架：支撑是液压支架的架型有垛式支架和节式支架两种形式。 如图 21所示， 前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。 因此底座较坚固，它靠支柱和顶梁的支撑作用 控制工作面顶板，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稳定性能，适用于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，地板较硬的煤层。 2．掩护式液压支架：掩护式液压支架有插腿式和非插腿式两种形式。 如图 22 所示，其顶梁较短，对顶班的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动能力强；防护性能好，调高范围大，对煤层厚度变化适应性强；但整架工作阻力小，通风阻力小，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 b 图 21 支撑式液压支架的类型 14 3．支撑掩护式液压支架：支撑掩护式液压支架是在支撑式液压支架和掩护式 液压支架的基础上发展起来的一种架型。 它保留了支撑式支架支撑力大、切顶性能好、工作空间宽敞等优点，采用双排立柱支撑；同时又吸取掩护式支架挡矸掩护性能好，抗水平力腔结构稳定等长处。 而且，采用坚实的掩护梁以及侧护板，将工作空间与采空区完全隔开；并采用前后连杆连接掩护梁和底座，组成四连杆机构，使梁端距几乎不变，防止了架前漏矸。 支撑掩护式液压支架适用范围很广，可用于各种顶板条件，尤其用于中等稳定以上的顶板条件。 其缺点是：结构复杂，重量大，价格较贵。 不同结构形式的支撑掩护式液压支架，其主要区别是立柱的布置方式不同。 具体分类方法及及型式如图 23 所示 图 22 掩护式液压支架的类型 a 插腿式支架 b 立柱在掩护梁上非插腿式支架 c 立柱在顶梁上非插腿式支架 图 23 支撑掩护式液压支架的类型 a．四柱平行支在顶梁上的支架 b．四柱交叉支在顶梁上的支架 c．两支柱支在顶梁上，两柱支在掩护梁上的支架 15 顶板的组成 回采工作面的顶板，根据岩层和煤层的相对位置及特征，可以分三类： 1．伪顶：直接位移煤层上方使极易垮落的一层岩 石。 它通常使灰质页岩和泥质页岩，厚度一般不大于 ～ ，经常随采随冒。 有些岩层不出现伪顶。 为顶对支护设备的使用一般没影响。 2．直接顶：是指位于伪顶或直接位于煤层上方的一层或几层岩层，厚度一般不大，不很坚硬，常由泥质页岩、页岩、沙质页岩等组成。 一般随回柱或移架而冒落。 直接顶的稳定性对支护方式及架型选择由决定性的影响。 3．老顶：是指位于直接顶之上厚而坚实、节理裂隙和层理都不发育的整体岩层。 通常由砂岩、石灰岩或砂砾岩等构成。 老顶常能在采空区维持很大悬露面积而不随直接顶一起垮落，其垮落步距的长短对支护设备的载荷大小由决定性影响。 液压支架的支撑力与承载关系 1．支撑式液压支架的特点是顶梁较长，控顶距较大，立柱呈直立布置，而且一般都位于顶梁的后半部。 因此，支撑力也相应集中在控顶区的后半部分，以阻止上部岩层的移动，实现切顶。 而在煤壁附近的主要工作空间的顶板则处于无立柱状态，仅靠支护力较小的前梁来维护。 股支架的工作阻力在控 顶区范围内很不均匀，起预想的支撑力分布规律如图 图 24 支撑式液压支架支撑力分布图 16 2．掩护式液压支架的特点和支撑力分布 掩护式液压支架的特点是顶梁较短，控顶距较小，支撑力主要集中在顶梁部位，且分布较均匀，顶梁端部的支撑能力比支撑是液压支架大，其支撑力的分布规律如图 25 所示 掩护式液压支架在不同顶板条件下的承载分析 1）掩护式液压支架在破碎不稳定顶板条件下的受力情况： 顶梁受力：由于支架顶梁短，使支架重复支撑次数减少，所以顶板较完整。 顶板作用在顶梁上的合力为 Q3，载荷分布如图 26 所示 掩护梁受力：由于顶板破碎，在顶梁后部自由冒落岩石的一部分作用在掩护梁上，对掩护梁的作用力可分解垂直分立和水平分力，如图 掩护式液压支架虽然立柱少，支撑力小，但由于顶梁短，单位面积支撑力大，载荷分布和支架支撑力的作用部位基本一致。 所以，此种支架能在破碎不稳定顶板下工作。 图 25掩护式液压支架支撑力分布图 17 图 26 掩护式液压支架在破碎不稳定顶板条件下的受力情况 2）掩护式液压支架在中等稳定以上顶板的受力情况。 掩护式液压支架由于立柱少，且呈倾斜布置，支撑力较小，切顶性较差，受力情况如图 27 所示 直接顶冒落时，冒落岩石分别作用在顶梁上和掩护梁上。 周期来压时，由于顶梁后部顶板不能充分切断，基本顶压力将由整个支架和采空区垮落岩石承担或者有可能在切顶时，基本顶直接压在掩护梁上，这就使掩护梁上载荷剧增，迫使顶梁支撑力减小，使支架难以承受顶板的压力和控制顶板的冒落。 所以，此种支架不能在中等稳定以上顶板下工作。 图 27 掩护式液压支架在中等稳定以上顶板的受力情况 18 3． 支撑掩护式液压支架支撑力分布与承载的关系及适用范围 图 28 支撑掩护式液压支架支撑力分布 支撑掩护式液压支架是为了改善支撑式液压支架和掩护式液压支架的性能和对顶板的适应性而设计的，主体部分接近垛式，支架后部有四连杆机构和掩护梁，增强了支架的支撑力和承载能力。 所以此种支架介于以上两种支架之间，增强了适用范围，适用于顶板较坚硬 、顶板压力较大顶板破碎的各种煤层，其受力状况如图 28 所示 液压支架的选型 液压支架的选型原则 液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适合矿井和工作面的条件，投产后能够做到高产、高效、安全，并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井的煤层、地质、技术和设备条件进行选择。 1．液压支架架型的选择首先要适合于顶板。 一般情况下可根据顶板的级别直接选出架型。 2．当煤层厚度超过 ，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜选用支撑式支架。 3．当煤层厚度达到 ～ ，需要选择有护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，煤层厚度变化大时，应选择调高范围较 大、带有机械加长杆或双伸缩立柱的掩护式支架。 4．应使支架对地板的接触比压不超过地板允许的抗压强度。 在地板较软条件下，应选 19 用抬地板装置的支架或插腿掩护式支架。 176。 5．煤层倾角小于 10176。 时，液压支架可以不设防倒防滑装置。 倾角在 10176。 ～ 15176。 （支撑式液压支架取下限，掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架取上限）以上时，应选用带有防滑装置的液压支架。 倾角在 18176。 以上时，应选用同时带有防滑防倒装置的液压支架。 6．对瓦斯涌出量大的工作面，应符合《煤矿安全规程》要求，并优先选择通风面积大的支撑式或支撑掩护液压支架。 7． 当煤层为软煤时，支架最大高度一般应≤ ；中硬煤时，支架最大高度一般≤ ；硬煤，支架最大高度＜ 5m。 8．同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。 支撑式液压支架最便宜，其次是掩护式液压支架，最贵为支撑掩护式液压支架。 液压支架设计的原始条件 松软煤层，煤层厚度 5 米，倾角 10 度，老顶级别Ⅲ级，直接顶类型 3，底板级别Ⅱ级，瓦斯涌出量较大。 液压支架的选型过程 1．确定直接顶和基本顶类别 1)顶板分类 （ 1）直接顶分类 我国将缓倾斜煤层回采工作面的直接顶分为四类： 一．不稳定顶板即破碎顶板，很容易冒落，冒落能基本充满采空区。 泥质页岩、再生顶板等属于这一类。 二．中等稳定顶板：这类顶板强度较高，但由大量节理裂隙，局部较完整，厚度不大，冒落后不能充满采空区，一般支护设备前移后随即冒落。 砂质页岩、粉砂岩等直接顶属于这一类顶板。 三．稳定顶板即完整顶板：不易发生局部冒落。 砂岩顶板、坚硬的砂质页岩顶板属于这一类顶板。 四．坚硬顶板：极难冒落的砂岩、坚硬砂质页岩等属于这一类顶板。 表 21 基本顶级别 20 注： N 应根据采煤工作面所在位置的地质柱状图中的 M 和 h 来计算。 LP 可根据现场实测或矿压显示特征确定。 （ 2）老顶分级 老顶根据周期来压明显与否分为四级： I 级顶板，周期来压不明显； II 级顶板，周期来压明显； III 级顶板，周期来压强烈； IV级顶板，周期来压极强烈。 老顶周期来压越不明显，作用于支架上的载荷就越小，而且稳定。 反之，周期来压越强烈，作用于支护设备上的载荷就越小，且有冲击。 表 22 老顶级别 类 别 指 标 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 不稳定顶板 中等稳定顶板 稳定顶板 坚硬顶板 主要指标 强度指数 D1 l=3 l≤ 8 l=～ 7 l=9～ 18 l=～ 12 l=19～ 25 l＞ 12 l＞ 25 无直接顶，岩层厚度在 2～5m以上 σ ＞ 60～80 参照指标 直接顶初次垮落步距 l/m 表中按右式计算： 1 = σ 1 2 σ=岩石单向抗拉强度（ Mpa） 基本顶级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 基本顶来压 不明显 明 显 强 烈 极强烈 指 标 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= 节理裂隙影响系数； 2=分层厚度影响系数。 表 23 节理裂隙间距表 节理裂隙间距表 l/m c1 表 24 分层厚度表 分层厚度表 Hx/m C2 表 25 支架架型确定参数 支架架型确定参数 基本顶级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接顶级别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 液压支架架型 掩护 掩护 支撑 掩护 掩护或支撑 支撑。