综采工作面液压支架配套台数计算方法
合理配置综采工作面液压支架数量的分析与探讨
矿业科技401合理配置综采工作面液压支架数量的分析与探讨巨 星（冀中能源邯郸矿业集团科迈工程设计有限公司，河北 邯郸 056000）摘要：液压支架作为综采工作面的关键设备，合理的数量配置是工作面实现稳产高效、安全开采的重要前提。
本文通过对不同推采阶段的工作面斜长进行分析，介绍了合理配置综采工作面液压支架数量的方法。
关键词：综采工作面；液压支架；合理配置液压支架是采煤工作面中用来控制工作面顶板，实现综合机械化采煤的关键设备。
以往的工作面回采设计更注重液压支架的型号选择，而忽略液压支架合理的数量配置。
这样有可能会导致工作面液压支架数量与工作面长度不匹配。
支架选择过多，则回采时会出现被迫扩帮或回撤支架，增加施工工序，增加工人劳动强度，不利于上隅角瓦斯管理；支架选择过少，则回采时会出现高档普采段，降低生产效率，存在安全隐患。
因此，合理的确定工作面液压支架数量，不仅可以减轻工人的劳动强度、减少生产工序，而且还可以提高生产效率，保障工作面生产安全。
本文以陶二矿首采区2215工作面为例，通过对该工作面不同推采阶段的工作面斜长计算和分析，简要介绍了该工作面液压支架数量配置的方法。
1 工作面概况2215工作面位于首采区南翼，开采煤层为2#煤。
煤层为单斜构造，倾向E10°N，倾角15-25°，平均厚度为3.5m。
工作面采用走向长壁采煤方法，回风、运输顺槽平行布置。
其中，工作面回风顺槽长度为270m，与2212车场连通，担负工作面辅助运输及回风任务；运输顺槽长度为320m，与首采皮带上山相连，担负工作面主运输及进风任务；切眼倾斜长度为93m。
工作面巷道均为矩形断面，沿煤层顶板掘进。
表1 工作面设备配备表设备名称 设备型号 采煤机MG300/700-WD液压支架 ZY6000/21/42刮板输送机SGZ-764/400 2 工作面液压支架的数量配置2.1 工作面推采角度的确定工作面回采过程中，在综采设备自重、采煤机切割阻力和牵引运行等的共同作用下，会导致综采设备下滑。
综采工作面“三机”设备配套关系
综采工作面的设备配套关系综采工作面成套设备主要由采煤机、刮板输送机、液压支架、桥式装载机、可伸缩胶带机、乳化液泵站与移动变电站、开关群以及控制、通讯和照明系统等组成，必要时还需配有液压安全绞车及电站、小水泵等辅助设备。
综采设备的重点是工作面“三机”——采煤机、刮板输送机和液压支架的配套。
滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架相互之间有着密切的联系。
滚筒采煤机以输送机机槽为轨道，沿工作面运行割煤，其自身无进刀能力，只有与推移输送机工序相结合才能进刀；而输送机自身无前移能力，只有与液压支架相配合，才能完成推移动作；液压支架也要借助输送机完成移架动作。
因此，要想充分发挥综采设备的效能，采煤机、刮板输送机和液压支架之间在性能参数、结构参数，工作面空间尺寸以及相互连接部分的形式、强度和尺寸等方面必须相互配合。
1、综采工作面“三机”几何关系的配套采煤机、刮板输送机和液压支架的配套尺寸关系如图从安全角度出发，支架前柱到煤壁的无立柱空间距离R应越小越好，其尺寸组成如下;F=B+e+G+b+x式中B－截深，即采煤机滚筒的宽度；e－煤壁与铲煤板之间的空隙距离，为了防止采煤机在输送机弯曲段工作时滚筒切割铲煤板，此间空隙距离e=100－200mm;x－立柱斜置产生的水平增距，它可按立柱最大高度的投影计算；G－输送机的宽度，其组成为G=f+s+a,其中f为铲煤板的宽度，一般为150－240mm；s为输送机中部槽的宽度，由输送机的型号确定；a为电缆槽和导向槽的宽度，通常为360mm;b－前柱与电缆槽之间的距离，为了避免输送机倾斜时挤坏电缆和司机的操作安全，通常此距离应大于200－400mm.由于底板截割不平，输送机产生偏斜，为了避免采煤机滚筒截割到顶梁，支架梁端与煤壁应留有无支护的间隙D，此处间隙约为200－400mm。
煤层薄时取最小值，厚时取最大值。
则从前柱到梁端的长度L应为：L=F-B-D-x根据上述尺寸配套计算，对长梁结构支架的最小长度为2m左右。
6、综采工作面“三机”配套概述
综采工作面“三机”配套概述刘建永提要：综采工作面采煤机、支架、运输机三者的使用是综采工作面正常、高效生产的主要环节，“三机”的配套选型是决定工作面生产的决定性因素。
关键词：综采工作面“三机”选型配套综采是全部机械化的采煤作业过程, 综采工作面的“三机”是指大功率采煤机、自移式液压支架、大功率可弯曲刮板输送机。
综采工作面“三机”选型是工作面生产的重要环节, 选择正确与否直接关系到工作面生产能力、采煤机效率、开机率、各种煤层条件和地质构造适应性。
综采工作面以“高产、高效、安全、洁净”快速发展为目的, 实现规模生产。
因此, “三机”选型要进行专项设计论证, 做到系统性能稳定,故障率低,生产效率高, 劳动强度小, 来提升综采工作面自动化水平和安全生产水平，实现高产高效的安全生产目标。
1、“三机”几何关系的配套采煤机、刮板输送机和液压支架间的配套尺寸关系如图所示。
从安全角度出发，支架前柱到煤壁的无立柱空间宽度F愈小愈好，它的尺寸组成为：F=B+e+G+x式中B ——截深，即采煤机滚筒的宽度；e ——煤壁与铲煤板之间的空隙距离；为了防止采煤机在输送机弯曲段工作时滚筒切割铲煤板，此空隙距离 e = 100 ～200mm 立柱斜置产生的水平增距，它可按立柱最大高度的投影计算；G ——输送机宽度，其组成 G=f +s +a +b ，其中 f 为铲煤板的宽度，一般为150～240mm；S为输送机中部槽的宽度；a为电缆槽和导向槽的宽度，通常为360mm；b 为前柱与电缆槽之间的距离，为了避免输送机倾斜时而挤坏电缆和司机的操作安全，此距离应大于200——400mm。
由于底板截割不平输送机产生偏斜，为了避免采煤机滚筒截割到顶梁，支架梁端与煤壁应留有无支护的间隙 D，此间隙约为 200——400mm。
煤层薄时取小值，厚时取大值。
则从前柱到梁端的长度应为：L=F－B－D－x在空间高度上，支架最大高度 H可表示为：H=A+C+t式中 t ——支架顶梁厚度；A ——采煤机机身高度、输送机高度和采煤机底托架高度 h ( 自输送机中部计算起)之和，但底托架高度要保证过煤高度 E >250～300mm；C ——采煤机机身上方的空间高度按便于司机操作及留有顶板下沉量确定。
综采工作面液压支架标准
陈四楼煤矿综采液压支架标准1、综采工作面支架前梁接顶严实。
2、机道梁端至煤壁顶板冒落高度不大于300mm。
3、不准随意留顶煤开采，必须留顶煤、托夹矸（伪顶）开采时，必须有批准的专项措施。
4、支架要排成一条直线，50m进行拉线，直线性偏差不超过±50㎜。
5、中心距按作业规程要求，支架中心距不超过±100㎜，架间空隙不超200mm。
6、支架顶梁与顶板平行支设，其最大仰俯角＜7°，按ZY3800-16/35型液压支架计算，顶梁头距顶板距离不得大于400mm或顶梁后部距顶板不得大于400mm。
7、相邻支架间不能有明显错差（不超过侧护板高度的2/3），支架不挤、不咬。
8、液压支架初撑力不低于规定值的80%。
有压力表的支架，压力表显示不低于24MPa；没有压力表的支架，手把打到升柱位置立柱活柱不再升出。
9、综采工作面液压支架拉架距采煤机后滚筒距离不得超过7.5m（即5架），停机时要移架至前滚筒。
端面距最大值≤340mm，前梁接顶严密。
10、综采支架不漏液，不串液，不卸载。
11、综采支架要垂直顶底板及运输机，歪斜＜±5°。
按ZY3800-16/35型支架两立柱距所拉直线距离差不得大于70mm。
12、综采工作面倾角＞15°时，支架设防倒防滑装置，安装时按照10架一组或5架一组。
13、工作面要做到浮煤净，即工作面在2m2内浮煤平均厚度不超过30mm。
14、煤壁平直，与顶底板垂直。
伞檐：长度超过1m时，其最大突出部分，薄煤层不超过150mm，中厚以上煤层不超过200mm；伞檐长度在1m以下时，其最突出部分薄煤层不超过200mm；中厚以上煤层不超过250mm。
综采工作面“三机”选型配套
试论综采工作面“三机”的选型与配套摘要：煤矿综采工作面“三机”(刮板输送机、采煤机、液压支架)配套是随着煤矿综采的出现而出现，随着综采水平的发展而发展的，“三机”配套的研究随着煤矿综采发展水平的不断提高而不断深入。
本文对综采工作面“三机”的选型与配套进行简要阐述。
关键词：综采三机选型配套1、“三机”的选型原则1.1液压支架选型在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上，综合分析不同地质条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不同支架的结构力学特征，为支架选型提供依据。
液压支架选型必须考虑的主要地质和采矿条件如下：(1)直接顶稳定性类型；(2)基本顶级别及相应矿压显现参数(初次和周期来止步距、来压时载荷、直接顶厚度)；(3)底板类别及相应的力学参数(容许载荷强度、抗压缩刚度)；(4)截高、煤层强度、节理方向、煤层厚度变化等；(5)煤层倾角和工作面推进力向；(6)瓦斯等级和必需的通风断面等。
1.2采煤机选型采煤机是综采工作面最主要的生产设备。
选型时，应考虑煤层赋存条件和对生产能力的要求，以及与输送机和液压支架的配套要求。
一般要根据煤的坚硬度、煤层厚度以及顶底板性质进行选型。
1.3刮板输送机选型综采工作面刮板输送机的选择要与工作面采煤机的生产能力及工作面的设计长度相适应。
工作面选用的是大功率采煤机，大多选择刮板输送机驱动功率较大，以满足采煤机生产能力要求等。
工作面刮板输送机的结构形式及附件必须能与采煤机的结构相匹配，如根据所选采煤机的行走部宽度选取刮板输送机的机槽宽度、根据工作面长度选择刮板输送机的长度，同时还要与支架的拉架力、推移千斤顶连接装置间距及结构相匹配。
刮板输送机主要参数的确定原則如下：(1)单位时间运输能力，应与采煤机生产能力匹配；(2)电机功率，视输送机运输能力及铺设长度而定；(3)结构，与采煤机和液压支架相配套。
2、“三机”配套原则2.1生产能力配套工作面生产能力取决于采煤机落煤能力，而刮板输送机、液压支架及平巷转载机、可伸缩带式输送机等设备能力都要大于采煤机的生产能力，通常按富余20％考虑。
综采工作面安装标准及设施配备
综采工作面安装标准及设施配备一、工作面1、工作面每两个支架安设一组（前后立柱）测压表，至少每10个支架安设一组液压支架压力连续记录仪。
2、工作面刮板输送机至多每15m安设有能发出停止和起动信号的装置。
3、工作面至少每10个支架安设一盏防爆照明。
4、液压支架编号管理。
5、工作面机头转载点喷雾齐全可靠。
6、采煤机内外喷雾齐全有效，内喷雾压力不小于2Mpa，外喷雾压力不小于1.5Mpa，内喷雾不能使用时外喷雾不小于4Mpa。
7、液压支架至少每两个支架安设一组自动喷雾装置，喷头迎着进风方向。
8、采煤机托缆尼龙夹齐全，连接可靠。
二、顺槽1、轨道铺设符合有关要求。
2、斜坡处挡车设施齐全、可靠。
3、小绞车声光信号齐全灵敏，绳皮、绳卡齐全，开关上架，管理牌板内容合理。
4、低凹处有排水能力大于最大涌水量的水泵，必须时有泥浆泵。
5、运巷每隔20m安设一盏防爆照明。
6、运巷输送机信号及各类保护齐全有效，转载点喷雾齐全。
7、运巷机头机尾有防护栏。
8、输送机需行人处有行人过桥。
9、顺槽各类管路吊挂平直齐稳，高度符合规程要求，无跑水、漏风，并上漆防腐标识用途（静压水管为绿色，压风管为灰色，排水管为黑色，瓦斯管为红色）。
10、各种材料分类堆放整齐，不影响行人，并挂牌管理。
11、油脂硐室处有照明、防火设施、注油牌板，并设栅栏上锁。
12、超前支护支柱穿鞋挂防倒链。
13、设备列车处有照明、施工图牌板、三员两长上岗牌板。
14、使用自动配比器配乳化液。
15、设备列车连接可靠，至少每3个车设一个挡车器。
16、电缆吊挂整齐，高度符合要求，高低压电缆顺序合理，吊挂材料统一。
17、隔爆水袋水量、质量符合规定。
18、瓦斯抽放孔、注水孔符合有关规定。
19、里程牌挂设位置合理，清晰醒目。
20、巷道底板平整、无杂物，空车及时出井。
21、巷道顶板压力明显段及时采取支护措施。
22、巷道中各类牌板清洁，内容合理，吊挂整齐。
综采工作面三机选型及配套
②煤层倾角 ：当倾角大于 １。 ，液压支架必须 ５时
采取 防倒 防滑措施 。
③底板强度 ：支架对底板的接触 比压应小于底板
的抗压强度 ，底板软时，应考虑使用提腿移步支架 。 ④瓦斯含量 ：瓦斯涌出量大的工作面支架 的通风 断面必须有足够风量 ，而且风速不允许超过 《 煤矿安 全规程》规定 的 ４ｍｓ ／ 的要求。 ⑤地质构造 ：支架 的结构形式和支架特性要适应
③支架结构要与煤赋存条件相适应 ； ④支架 的支撑高度要与工作面采高相适应 ；
包括采煤机 的生产能力 、采煤机牵引速度、装机
同 煤 科 技
・
３ ・ ６
Ｔ ＯＮＧ ＭＥＩＫ Ｉ ＥＪ
⑤支架通风断面要与工作面风量要求相适应 ； ⑥支架应与采煤机 、刮板机等设备相匹配。
１１ 选 型原 则 ．． １
③输送机中部槽 的结构 ，一般应选用开底式 ，封
底式主要用于底板较松软的条件 ；中部槽宽度尺寸尽 可能选用通用尺寸 ，并考虑能与采煤机托架和行走机
构 尺寸 相 匹配 。
①适合特定的煤层地质条件 ，并且采煤机采高 、
截深 、功率及牵引方式等 主要参数选取合理 ，有较大 的使用范围；
直 接顶 、基本 顶 （ 老顶）岩 层 断裂 移动 和 冒落产 生 的
压力。 １ － 液 压支 架结 构 高度 的选 择 ．３ ３
图 １ 综 采 工 作 面三 机 目 套
２１ 采煤机 与 液压支 架 的配套 关 系 ．
采 煤机 与液 压支 架之 问无相 互 直接连 接 关系 ，但 却 有两 个相 互位 置关 系需 要予 以重 视 。第 一个关 系是 一 采 煤机 机 身 最 高点 与对 应 处 液 压 支 架 顶 梁 下 面 的 天 系 。采煤 机沿 工作 面往返 割煤 时 ，其机 身要 红 支架 顶 梁 下 通过 ，此 时应 保 证 二 者 在 正 常 情 况 下 Ｊ 虹生 涉 。为 达此要求 ，通常 二者 间沿 高度 方 向的距 离应保 持在 ０２ｍ左 右 。特 殊情 况下 特殊 对待 。 ． 采煤 机与液 压 支架 的另 一个重 要位 置尺 寸关 系 是 采煤 机截 割滚筒 侧 面到 支架 前梁端 部 的距 离 。此 距离 过小 ，将 可能 导致 割顶 梁事故 ；过 大将 会增 大 支架 梁
采煤工作面支架选型计算
采煤工作面支架选型计算
综采能否实现安全高效关键在于架型选择是否合理。
15号煤层首采区选用综采放顶煤液压支架。
1、支护设备强度确定
根据矿压理论，工作面支架承受的最大压力为6-8倍采高的顶板岩石的重量，现取8倍采高的顶板岩石重量计算：
F=8×h×L控×b×γ×g=8×2.5×5.154×1.5×2.7×9.8=4091KN
式中：F——工作面上覆8倍采高岩石所需支撑阻力；
γ——上覆岩层平均容重，2.7t/m3；
h——工作面采高，2.5m；
L控——工作面最大控顶距，5.154m；
b——支架宽度，1.5m；
g——重力换算单位，取9.8 m/s2。
设计选用ZF6800/17/32D型支架（预留智能化端口），工作阻力6800KN。
根据以上计算，可满足回采工作面顶板支护要求。
ZF6800/17/32D液压支架技术特征见下表。
液压支架技术特征表
矿井15号煤层回采工作面顺槽超前支护超前20m 支护采用ZQL2×3200/19/38型超前支架。
回采工作面端头及顺槽超前支护20m范围内，巷道高度不得低于2m。
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综采工作面液压支架配套台数计算方法以52304-1工作面为例。
一、设计基本参数
根据生产办提供52304-1面基本参数：
1、工作面净煤壁长：147500mm；
2、运顺宽度：6000mm；
3、回顺宽度：6000mm；
4、胶带机中心线距巷道中心线1000mm;
5、根据煤矿安全规程第二十二条中规定：巷道内按设运输机时，机头和机尾与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要，并不得小于700 mm规定；
6、采煤机截割滚筒直径3500mm，采煤机机头段正常割透距离为1750mm；
二、确定工作面液压支架台数：
计算参数:
1、工作面总长度=净煤壁长+运顺宽度+回顺宽度
=147500+6000+6000=159500mm
2、设定端头支架距负帮距离800mm；
支架有效支护距离159500-2×800=157900mm
3、支架技术参数每架宽度：2050mm；
计算步骤：
工作面支架台数=工作面有效支护距离÷单台支架宽度
=157900÷2050=77.02台
1、支架数为77台时：
端头架距负帮距离=工作面总长-工作面有效支护距离-安装间隙
=159500-77×2050
=1650mm
考虑安装间隙，安装77台支架不符合要求；
2、支架数为76台时：
端头架距负帮距离=工作面总长-工作面有效支护距离
=159500-76×2050
=3700mm
则机头、机尾端头架距负帮距离平均为：3700÷2=1850mm 3、支架数为75台时：
端头架距负帮距离=工作面总长-工作面有效支护距离
=159500-75×2050
=5750mm
则机头、机尾端头架距负帮距离平均为：5750÷2=2875mm 三、求安全出口距离：
DBT3*1600三机设备技术参数如下：
中部槽每节宽：2050mm
机头7节槽长：14887mm（固定数据）
机尾10节槽长：20544mm（固定数据）
每架安装间隙10mm（根据补矿大采高工作面反算得出）
（1）支架为76台时：
运输机中部槽数量=支架台数-机头7节-机尾10节
=76-7-10=59节
运输机总长=运输机机头段长+运输机中部槽长+运输机机尾段长=14887+59×2050+20544=156381mm
安全出口距离=工作面总长—刮板机总长
=159500-156381=3119mm
以胶带机中心线为基准，转载机中心线与胶带机中心线一致，可知机头安全出口值是固定值=转载机中心线距负帮的距离
-转载机中心线距机头框架边缘的距离
=4000-2960=1040mm（详见图纸）
机尾安全出口距离=安全出口距离总长-机头安全出口距离
=3119mm-1040mm=2079mm
考虑安装间隙时：
机尾安全出口距离=安全出口距离总长-机头安全出口距离-安装间隙
=3119-1040-（76-1）×10=1329mm
机头割透距离=运顺巷道宽度-运输机头设备宽度-机头安全出口距离=6000-4110-1040=850mm（大于640符合要求）（2）支架为75台时：
运输机中部槽数量=支架台数-机头7节-机尾10节
=75-7-10=58节
运输机总长=运输机机头段长+运输机中部槽长+运输机机尾段长=14887+58×2050+20544=154331mm
安全出口距离=工作面总长—刮板机总长
=159500-1554331=5169mm
以胶带机中心线为基准，转载机中心线与胶带机中心线一致，可知机头安全出口是固定值，则
机尾安全出口距离=安全出口距离总长-机头安全出口距离
=5169mm-1040mm=4129mm
考虑安装间隙时：
机尾安全出口距离=安全出口距离总长-机头安全出口距离-安装间隙
=5169-1040-（75-1）×10=3389mm
由于机尾为平行驱动不考虑回顺煤机割透距离；
当安装75台支架时，机尾安全出口为3389mm存在安全隐患，固安装76台。
1000
1100
皮带宽
900
3000
2960
850
1040
机头垂直部和电机宽
4110
皮带中心线
巷道中心线
6000。