采煤工作面液压支架的选型

液压支架的选型

一、确定架型

按顶板分类方案对液压支架的架型进行初选。

根据煤炭部（81）煤科字第429号文件关于《缓倾斜煤层工作面顶板分类》方案，按稳定性不同直接顶分为四类，按来压强度不同将老顶分为四级，并分别提出相应的架型、支护强度和顶板管理方法。

1、顶板分类（级）

直接顶分为四类，见〔Ⅰ〕。

老顶分为四级，见〔Ⅰ〕。

2、架型与支护强度初选

正确选择支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。在具体选择架型时，首先要考虑煤层的顶板条件，〔Ⅰ〕表9-1就是根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型。它是选择支架架型的主要依据。

对于不同类（级）顶板，其架型、支护强度的选择见〔Ⅰ〕。

液压支架架型的选择除了取决于顶板条件之外，还应考虑以下因素，并结合各类支架的不同性能和特点，最终选择一种较为合理的架型。

⑴厚度

煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当煤层厚度大于2.5~2.8m(软煤取下限,硬煤取上限)时，选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。

⑵煤层倾角

煤层倾角主要影响支架的稳定性，倾角大时易发生倾倒、下滑等现象。当煤层倾角大于00

18时，应同时具有防滑防倒装置。

10~15时，应设防滑和调架装置，当倾角超过0

⑶底板性质

底板承受支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架底座的结构和支承面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板的允许比压（对于砂岩底板，允许比压为1.96~2.16Mpa,软底板为0.98Mpa左右）。

⑷瓦斯涌出量

对于瓦斯出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。

⑸地质构造

m和地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在5~82

20min以下时，暂不宜采用液压支架。

二、主要参数计算和支架型号的确定

1、支护强度（工作阻力）

支架的结构尺寸确定之后，与支架重量和成本关系最大的参数是支架的支护强度。从理论上分析，合理的支护强度应正好与顶板压力相平衡。支护强度过大，不仅增加支架重量和设备投资，而且给搬运、安装带来困难；过小则会造成顶板过早下沉、离层、冒落，使顶板破碎，造成顶板维护困难。因此支护强度的大小应取决于工作面采场矿压的大小。但由于目前对采场矿压的大小还不能进行准确的定量计算，这样目前主要以经验法或实测数据，来确

定支架的支护强度。下面介绍两个经验公式：

⑴ βα

γcos )1(-'

⋅⋅≥

K q H q

式中：q ------液压支架的支护强度，〔2

/m T 〕；

H ------采高，

〔m 〕； γ------顶板岩石容量，一般取2.33/m T ；

K ------顶板岩石破碎膨胀系数，一般取1.2～1.5；

α------工作面倾角，〔度〕；

β------附加阻力系数，二排立柱支架β取1.6，单排立柱支架β取1.2；

q '------顶板周期来压动载系数。 q '=

非周期来压时矿压值

周期来压时矿压值

，q '值可按以下情况选取：周期来压不明显顶板：q '取

1.1；周期来压明显顶板：q '取1.3；周期来压强烈顶板：q '取1.5～1.7。

⑵5

10,q KH Mpa γ-=⨯

式中：K —作用于支架上的顶板岩石系数，一般取5~8。顶板条件好、皱起来压不明显时取

下限，否则取上限；

H —采高，m ；

γ—顶板岩石密度，一般取2.3×310kg/m 3。

放顶煤支架的支护强度一般为0.5~0.7MPa 。

支架工作阻力P 应满足顶板支护强度要求，即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。

310,kN P qF =⨯

式中 F — 支架的支护面积，m 2

。可按下式计算

21()()(),m F L C B K L C A =++=+

式中 L —支架顶梁长度，m ； C —梁端距， m ；

B —支架顶梁宽度，m ；

1K —架间距，m ；

A — 支架中心距，m 。 对支撑式支架，支架立柱的总工作阻力等于支架工作阻力。对于掩护式和支撑掩护式支架，由于受到立柱倾角的影响，支架工作阻力小于支架立柱的总工作阻力。工作阻力与支架

立柱的总工作阻力的比值，称为支架的支撑效率η。所以支架立柱的总工作阻力p 总为

,p

p kN η

=

总

支撑式支架的η=100%，支掩护式和支撑掩护式支架取η=80%左右。

2、初撑力

初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言，并与顶板的性质有关。液压支架的初撑力，对支架维护顶板的性能方面，要比工作阻力（支护强度）起着更加显著的作用。有足够初撑力的支架，一开始就能和顶板压力取得平衡，可最大限度地减小顶板下沉；初撑力偏低，要等顶板下沉时才能增阻，会增大顶板的下沉量；初撑力过大，会使顶板反复受拉导致直接顶蠕动，造成直接顶早剥离，使顶板管理困难。所以支架初撑力选择的合理与否，时非常重要的。

目前在坚硬、中硬和破碎的顶板条件下，多趋向于采用较高的初撑力。现在支架的设计中初撑力，已高达工作阻力（支护强度）的90％以上。根据有关资料介绍，初撑力与支护强度的比例关系，即=初撑力强度/支护强度，以顶板的的稳定性不同，一般在60～85％区内选取为宜。

在确定出撑力时，可按以下原则考虑：对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作作阻力的80%；对于稳定顶板，初撑力不易过大，一般不低于工作阻力的60%，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的75%。 3、移架阻力及推溜力

移架阻力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关，通常根据煤层的厚度来考虑，即采高愈大，移架阻力愈大。一般薄煤层支架的移架力为100~150kN ；中厚煤层支架为150~300kN ；厚煤层支架为300~400kN 。

推溜力一般为100~150kN 。 4、支架高度

支架高度一般系指支架的最大和最小结构高度，它必须适应煤层采厚变化所要求的最大和最小支撑高度。最小高度过大，可能会出现压架现象；最大支撑高度过小，可能会造成丢煤浪费资源，或支架顶空现象。

支架的最大和最小支撑高度，应根据煤层厚度的变化合理选择，片面地认为调高范围越大越好，过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本。 支架高度可由下式计算：

max H =大h －1S +0.2

min H =小h —2S —a —c

式中：max H ------支架最大结构高度，〔m 〕；

min H ------支架最小结构高度，〔m 〕； 大h ------煤层最大采高，〔m 〕；

小h ------煤层最小采高，〔m 〕；