自己液压支架选型设计

太原理工大学阳泉学院采矿工程系矿压课程设计题目：某市甲煤矿用液压支架选型设计姓名：王文凯班级： 12级采矿本科3班学号：120411083指导教师：王凯老师二Ｏ一五年一月目录第一章矿井的地质概况1.概况2.矿井地质条件3.基本要求第二章支架类型确定第一节采煤工作面顶底板类型1、直接顶类型2、基本顶分级3、底板类型确定第三章支架架型选择第一节液压支架选型准则1、液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件：2、选型顺序第二节液压支架架型选择1、支架选型要素2．液压支架选型第四章支架参数的确定第一节支架高度的确定1、支架最大支撑高度2、支架最小支撑高度第二节支架的支护强度和工作阻力1、支护强度2、支架支护阻力3、支架中心距和宽度4、支架初撑力5、移架力和推溜力第五章支架结构选择一、护帮装置1. 护帮2. 临时前梁二、防滑防倒装置三、支架布置台数第一章矿井的地质概况甲矿井面积4.8km2,煤炭储量32万t，规划生产能力为600万吨/年，A工作面布置于4#煤层，倾角1-8度，近水平煤层，煤层平均厚度1.9m，工作面采深260m，采用走向长臂一次采全高综采采煤法，全部垮落法管理采空区。

顶板以k4砂岩、粉砂岩为主，来压明显属于Ⅱ级基本顶。

底板以粉砂岩、k3砂岩为主，局部可见5#煤，顶底板岩性特征见下表。

表1-1 顶底板岩性特征。

（1）围岩性质：老顶，直接顶以及直接底岩层的厚度，列席的发育情况和物理性质是支架选型的首要考虑因素。

其中支撑掩护式支架主要适用于中等稳定以及顶板条件，周期来压的工作面；掩护式支架用于不稳定或中等稳定顶板，周期来压不强烈，瓦斯含量少的采煤工作面‘支撑式支架适用于直接顶稳定，老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件，在现阶段的综采工作面的生产时已经基本不再采用。

（2）煤层厚度：煤层厚度变化决定支架的最大和最小高度。

（3）煤层倾角：为保证支架稳定性，在设计和选择支架时必须考虑煤层倾角及其变化的影响。

（4）地板比压：应该使支架对地板的压力小于底板抗压强度。

（5）工作面基本参数首采工作面设计长度 176 m:(设备能力应能满足工作面长度200m)采 高: 2.05-2.8 m ； 走向长度: 1252 m(首采面)； 生产能力: 1，200，000 t ／面．年 年生产日: 300天 工作面生产能力估算A ）割一刀煤产量gg g g k H B L Q ∙∙∙∙=γ式中:Q g ——割一刀煤产量，t ；L ——工作面长度，取176m ； B g ——采煤机截深，O.63m ；H g ———采煤机平均割煤高度，2.8m ； γ——煤容重，1.4t ／m 3；K g ——采煤机割煤回收率，取0.95；gQ =176×0.63×2.8×1.4×0.95=413tB ）放一次顶煤产量T T T T k H B L Q ∙∙∙∙=γ式中:Q T ——放一次顶煤产量，t ；B f ——放煤步距，取0.63m ； H f ——平均放煤高度，取2.0m ； K f ——平均放煤回收率，取O.75；则: T Q =176×0.63×2.0×1.4×0.75=233tC) 循环产量t 646233413g =+=+=T X Q Q QD ）工作面年产量工作面采用“三八制”作业制，二班生产、一班检修（检修班割一刀煤），每班工作四个循环，即割四刀煤，放四次煤，每天工作8个循环，每年300天工作日，年产量可保证150万吨。

Q=8×300×646=1550400t第一节采煤工作面顶底板类型一．直接顶类型甲矿的直接顶为砂质泥岩，质软，层理发育。

根据表-1直接顶分参考要素，知甲矿直接顶的类型为1类不稳定顶板（1a），τr≤4.二．基本顶（老顶）分级老顶初次来压步距为20m，煤层平均厚度1.93m。

来压明显属于Ⅱ级基本顶，属于中等稳定不易冒落顶板。

表2 基本顶压力显现分级界注：L——基本顶初次来压步距，m；N——直接顶充填系数，为直接顶厚度与采高的比值；M——煤层开采厚度，m。

三、底板类型确定甲矿井直接底裂隙不发育，质地坚硬属于中硬Ⅳ类直接底板。

对综采工作面围岩控制有重要影响的是直接底板对支架的抗压入特性。

底板抗压入特性分脆性、塑脆性和塑性类型。

表3 采煤工作面底板分类标准底板类别基本指标辅助指标参考指标名称代号容许比压Pp(MPa)容许刚度Sp(MPa/mm)容许单向抗压强度Rp(MPa)中硬Ⅳ16＜Pp≤32 1.32＜Sp≤2.82 29.1＜Rp≤54.6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。

第一节液压支架选型准则一、液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件：1. 直接顶稳定性类型：2. 基本顶级别及相应矿压显现参数(初次和周期来压步距，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方向：6. 瓦斯等级和必需的通风断面等。

7. 上下部采动条件：近距煤层的采动，会导致顶底板岩层一定程度的松动，降低直接顶的稳定性、基本顶的来压强度。

当上部近距煤层在10m以内，有截高大于1m的煤层已采时，本煤层直接顶和基本顶类级均降低1个类级；当下部近距煤层在20～30m以内，有截高大于1m的煤层已采时，本煤层直接顶、直接底板和基本顶类级均降低1个类级处理；8. 相邻区段或两侧开采条件：本煤层一侧开采，对其稳定性和来压强度有一定影响，但不强烈，可不考虑。

如果工作面两侧已采，则对本工作面影响强烈，应对直接顶、基本顶分别降低一个类级处理。

9. 地质构造、断层、褶曲等分布和参数：对构造严重影响的区段，特别慎重支架选型。

掩护支架有较高的伸缩比(2.5～3.1)，对过断层有利。

可伸梁对通过破碎带有较好适应性。

断层区直接顶视为极不稳定顶板。

10. 开采深度：采深增加，直接顶稳定性和基本顶来压强度会逐步降低。

采取：采深每增加400m，降低一个类级近似处理。

顶底板含水层：顶板含水层导致开采过程中出现顶板淋水和底板集水，减低底板抗压入强度和刚度。

选型时，底板类别减低1级处理。

底板含水层存在时，在采高、开采方法上加以考虑。

二、选型顺序1．根据直接顶、基本顶、底板类型初步选定基本架型；2. 考虑上述1～10诸因素选定具体结构，包括顶梁、底座、侧护结构等；3.根据地质条件和矿压显现参数，计算支架必需的支护强度和相应的额定工作阻力。

4. 考虑顶底板含水层条件，验算支架对底板比压或载荷强度。

5. 验算通风断面、风流、风速等。

如果瓦斯涌出量较大，避免用插底式支架。

第二节液压支架架型选择一、支架选型要素已知地质和采矿条件进行液压支架结构选型，必需考虑支架力学特征和对围岩的适应性，作出模糊评价。

1. 直接顶稳定性类型：属于1类不稳定直接顶2. 基本顶级别及相应矿压显现参数(初次和周期来压步距，来压时载荷，直接顶厚度)：老顶初次来压步距取20m,周期来压步距取14m,老顶厚度为2到10m，平均厚度为5m。

3. 底板类别及相应的力学参数(容许载荷强度，抗压缩刚度)：属于中硬Ⅳ类直接底板；容许比压16到32Mpa;容许刚度 1.32到2.82Mpa/mm.4. 截高，煤层强度，节理方向，煤层厚度变化等:煤层最大采高为2.5m。

平均煤厚1.93m，工作面采深265m，5. 煤层倾角和工作面推进方向：煤层倾角1到8度，采用走向长臂一次采全高综采采煤法。

2．液压支架选型具体条件下的液压支架选型，必须考虑直接顶类型、基本顶级别、底板类型。

对典型围岩结构组合，参照前面章节中确定出来的直接顶与基本顶的类级，根据表4和表5结合表6提出了液压支架选型建议。

(1)不稳定和中等稳定顶板优先选用掩护式支架。

在底板极松软条件下，严格验算并限制支架底座尖端比压，不得超过底板容许比压即极限载荷强度→避免使用重型支架(2)非常稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十分强烈的顶板，优先考虑选取支撑掩护式支架。

(3)顶板不平，四柱式支架中总有一根支柱对顶板的实际支撑力很低→二柱式支架支撑能力利用率高于四柱式。

(4)不稳定顶板条件下使用四柱式支架应注意对机道上方的顶板控制，包括增加前柱阻力及可伸缩前梁等。

第四章支架参数的确定第一节支架高度的确定一、支架最大支撑高度Hm a x =hm a x-h1=2.4m式中，H m a x —煤层最大采高为2.5m ；h 1—支架前柱上方顶板下沉量，取0.1m.二、支架最小支撑高度H m i n =h m i n -h 2-s-d=1.0m式中，H m i n —采煤机最小采高为1.35m ；h 2—支架后部顶板下沉量为0.2m ；s —支架最小可伸缩量，取0.05m ；d —底板与支架之间浮矸厚度，取0.1m 。

支架调高范围越大，支架适用范围越广，但过大调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。

支架最大结构高度和最小结构高度取值应符合规定。

经过以上计算可知，液压支架最大，最小支撑高度分别为 2.4m 和0.1m 。

第二节 支架的支护强度和工作阻力一、支护强度支架支护强度是指支架架有效工作阻力与支护面积之比。

顶板所需支护强度取决于顶板等级和煤层厚度。

制订不同顶板等级的支护强度标准，支护强度按规定选用或按经验公式估算：510-⨯=γkM q Mpa=0.44MPa式中：K ——作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取5～8；M ——截高，m ；γ——岩石密度，一般取2.5×103kg/m 3二、支架支护阻力支架支撑顶板的有效工作阻力通过以下公式计算F 为支架的支护面积，计算公式为：()()K B C L F ++==2728KN式中 L ——支架顶梁长度，m ；C ——梁端距，m ；B ——支架顶梁宽度，m ；K ——架间距，m310⨯=qF Q支撑效率指有效工作阻力与支架工作阻力之比值。

支撑式支架支撑效率为100%；掩护式和支撑掩护式支架顶梁与掩护梁铰接，立柱斜撑，支撑效率小于1，初选支架时可取80%左右。

（1）按现行较通用的岩石冒落法公式F＝（LK+LD）*B*M*γ*H*Dk=2800KNF——支架工作阻力，kN；LK——梁端距，取LK=0.35m；LD——顶梁长度，取LD=4.5m；B——支架宽度，取B=1.5m。

M——煤厚(平均取4.1m)取M=4.1m；Ｈ――采高的倍数Ｈ＝7γ——顶板岩石容重，取γ=25kN／m3。

Dk——动载系数1.2-1.4，取Dk=1.4；取整支架的工作阻力确定为2800ｋＮ（2）按放顶煤综采支护强度经验公式支护强度：211kKMkqpz⋅⋅-⋅=γ式中qz——支护强度KN/m2m——采、放煤总厚度取6.3mkp——顶板岩石碎涨系数，根据该矿顶板取1.25r——顶板岩石宽度26KNm3k2 ——采放比影响系数取0.97k1——放顶煤综采动载系数取1.4代入上式qz =0.62MPa支架工作阻力工作阻力P= q z *L*B式中：P——工作阻力，KNq z——支护强度，KN/m2L——支架撑顶长度，取4.9mB——支架安装中心距，取1.5m代入上式工作阻力P=2800KN圆整取值，工作阻力取2800KN综合以上计算结果进行比较，考虑一定安全富裕系数和国内近期配套趋势，决定推荐选用2800KN工作阻力支架。