ZY9000液压支架掩护梁的设计设计.doc

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1、 摘 要1854年英国首次研制成功液压支架.到今天，液压支架的设计、制造和使用已经基本成熟，形成了能适应各种不同煤矿地质条件的各类液压支架。液压支架作为综采设备的重要组成部分，在综合机械化采煤机械中占有重要地位。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。掩护梁是液压支架的重要部件。它能将顶梁承受的部分顶板压力通过连杆或交接点传递给底座；能够隔离采空区、阻止其冒落矸石涌

2、入工作面；掩护梁上的活动侧护板，进一步完善了这种功能；还能够承受采空区冒落矸石的压力，并将它传递至顶梁、连杆和底座。本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的掩护梁的设计过程。设计内容包括：选型、掩护梁设计、 掩护梁的校核。关键词：液压支架；掩护梁；结构设计与校核 ABSTRACTThe British successfully developed hydraulic support firstly in 1854. Until today, hydraulic supports design, manufacture and use have almost mature， forming vari

3、ous of hydraulic support that can adapting to different conditions of coal mine geology .Hydraulic support, as an important part of mining equipment, occupying an important position in the comprehensive mechanized mining machinery. It can support and control the ceiling reliably and efficiently , is

4、olate the worked out section, prevent coal goaf into mining face and promote conveyor. Using with the coal winning machine, realizing comprehensive mechanized, solve the contradiction that the roof manage behind the coal mining of mechanization mining , improve and enhance the effectiveness of coal

5、mining and transportation equipment , reduce the labor intensity of coal mine workers, maximum guarantee the life safety of coal mine workers.Cover beam is an important part of hydraulic support. It can transfers part of the pressure the top beam bears to the base through the connecting rod or pedic

6、les ,isolate the worked out section,stop coal gangue falling into working surface; the kinetic side protecting plate of the cover beam further improve the function; Still be able to withstand the falling pressure of coal goaf and passing it to top beam, connecting rod and base.This paper mainly expo

7、unds the design process of the hydraulic shield support of the common type. Design content includes: model section, the design and check of cover beam .Keywords: hydraulic support; Cover beam; Structure desig and check 目 录1.绪论11.1概述11.2 国内外液压支架的发展现状11.2.1我国液压支架的发展现状11.2.2 国外液压支架发展现状51.3液压支架的发展方向62.液

8、压支架的基本理论分析72.1综采工作面成套液压支架的组成72.2液压支架的类型和结构82.3液压支架的组成122.4液压支架支护循环方式132.5液压支架的工作原理152.5.1支架承载过程162.6液压支架的选型及设计要求182.6.1液压支架的选型条件182.6.2对液压支架的基本要求212.6.3对液压支架各部件的要求222.6.4设计液压支架必需的基本参数233.液压支架的整体设计及掩护梁设计243.1液压支架结构安全设计参数的确定243.1.1液压支架的高度确定243.2掩护梁的设计253.2.1掩护梁的功能253.2.2掩护梁的结构和分类263.2.3掩护梁设计的结构参数、影响因素

9、与设计原则283.2.4侧推千斤顶的控制方式和位置的确定293.2.5平衡千斤顶在掩护梁上位置的确定303.2.6掩护梁基本尺寸303.3掩护梁的受力分析和计算313.3.4掩护梁的校核344 结语38参考文献39致 谢401绪论1.1概述液压支架作为综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。从液压支架的形式来看，有掩护式液压支架和支撑掩护式液

10、压支架。从支架的质量来看，有轻型液压支架、中型液压支架和重型液压支架。从支撑高度来看，有薄煤层液压支架、中厚煤层液压支架和厚煤层液压支架。厚煤层液压支架又分为一次采全高液压支架、厚煤层分层开采液压支架和放顶煤液压支架。从用途来看，有端头液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状来看，已经发展到一个完整的液压支架体系。从液压支架的设计来看，有过去的手工设计发展到全部计算机程序设计。总之，随着时代的发展和进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。1.2 国内外液压支架的发展现状1.2.1我国液压支架的发展现状我国液压支架的研究始于60年代末。当时， 煤炭科学研究总院北京开采所以及

11、太原、唐山和上海各研究所开始进行液压支架的研究和试验工作。北京开采所在铜川矿务局陈家山和红卫平峒,鹤壁二矿、京西木城涧矿,分别研制和试验垛式、节式、掩护式等支架。太原所与大同矿务局在大同煤峪口矿研制和试验 TZ - I 型垛式支架。唐山所与开滦局在唐山矿研制和试验节式迈步支架。上海研究所开始研制四柱支撑掩护式支架。本溪矿务局由本局机修厂研究试验掩护式支架。从1973年，我国开始引进国外先进综采设备,吸收和消化国外先进技术。其中，1974年从西方引进 43套液压支架,以垛式和节式为主,当时只强调设备的可靠性,未能从发展的眼光引进先进的支顶掩护式和支撑掩护式支架（垛式和节式支架由于结构稳定性差，现

12、已基本淘汰）。从 1976年开始，从前苏联和波兰引进38套综采设备 。其中，前苏联 综采 12 套; 波兰FAZOS 26套。1979年 ,从西方引进了100套综采设备。从而实现了真正把当时西方国家的先进综采设备引进来、消化吸收的目的。30年来我国液压支架的研制从学步开始，通过引进借鉴和自主开发,到现在放顶煤综采在我国已得到大面积推广,使用范围不断扩大。尤其是放顶煤液压支架型式和放煤机构日趋完善，研制和开发技术都处于世界领先的地位。目前，我国液压支架的发展具有以下几个特点：(1)从架型上逐步淘汰了初期的垛工和节式支架,重点发展和推广掩护式和支撑掩护式支架。并根据我国煤矿赋存条件和特点,除了开发

13、缓倾斜中厚煤层之外,还大大拓宽了液压支架的适应范围。如:根据大同矿区等坚硬难冒顶板的特点,研制成功了高阻力、 陡立式掩护梁、大液容量抗冲击立柱和大流量安全阀为主要特征的支撑掩护式支架;针对特厚煤层分层开采的工艺,研制成功了铺网液压支架,多数为支撑掩护式,架后铺网、手工联网, 80年代曾大面积推广取得良好的效果。(2)放顶煤支架的研制成功和放顶煤技术的突破是我国综合机械化发展历史上具有重要意义的贡献。我国厚和特厚煤层无论从储量还是产量上都约占40%左右,长期以来都是采用分层开采,产量效率较低。从上世纪80年代中期到 90年代, 我国先后在阳泉、潞安、兖州等地缓倾斜特厚煤层中应用成功,经过中位、高

14、位和低位等几种放顶煤支架的使用实践,逐渐形成了以低位双输送机为主要特征的综采放顶煤技术。由于这种技术具有产量效率高、设备投入低等一系列优点,目前已成为我国特厚煤层开采的首选技术,并已开始出口国外。长期以来，我国大型煤矿所用高端煤机装备大量依靠从国外进口，维护成本高，且核心技术一直被外商垄断。为摆脱这种“受制于人”的局面，2006年6月国务院出台关于加快振兴装备制造业若干意见，提出要重点推进大型采掘、提升和洗选设备国产化进程。2010年5月，山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司宣布目前世界上支护高度最高的7.6米矿井用液压支架支护经晋煤集团试验观察，达到使用要求。该支架，创造了多项世界第一：高度最

15、高、工作阻力最大、护帮高度最高。它的高度最高可达到7.6米，工作阻力最大17500KN，护帮高度最高3.46米。且应用了大流量供液系统、面喷雾、三级护网等多项专利技术，对改善顶板维护、软底条件下移架和减少粉尘有重要意义，也为矿井生产人员的安全和健康提供重要保障。2007年7月，神华集团昌汉沟煤矿选用国产采煤机、液压支架、刮板运输机等组成的综采投入试用，使该矿从年产150万吨/年提升到500万吨/年。2007年全年产煤614万吨，实现利润5834万元，两项指标同比大幅提高，提前61天完成全年生产任务。2008年继续使用太矿1800型和上海天地公司1815型采煤机，以及郑州煤机集团的液压支架。其中

16、15月计划产煤370万吨，实际完成404万吨，超计划9.1%。特别是3月份使用太矿的1800型电牵引采煤机，创日产4.3万吨和月产100.7万吨的历史最高记录。虽然我国重大煤机装备自主研发能力、制造技术与综合实力已取得长足的进步。但同国外的先进设备相比仍存在一些质量和技术问题。 我国综采设备的技术水平还相对落后，主要体现在以下几个方面：1)年产 800 万吨以上的大型采 掘设备多数依赖进口，大型煤炭集团的采掘设备大多从德国、美国等国进口，而且价格高、维护保养不方便。2)是我国的采掘机械制造水平及能力，还难以满足千万吨煤矿生产的需求。国外综采设备生产能力已达到 3000t/n 以上，采煤工作面可

17、实现年产 10002000吨，实现一矿一面、一个采区一条生产线的高效集约化 生产，而这些设备基本被德国和美国的一些公司垄断。 3)是采掘机械制造同工程、起重等机械制造相比还比较落后，目前还达不到替代进口或出口。4)是产品结构失衡，一方面市场需求的大型采掘机械设备生产不出来，另一方面低档的产品及配件产能过剩。1.2.2 国外液压支架发展现状美国是世界上先进的采煤国家，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68 s/架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命810年，可用率高达9598.支架平均工作阻力470kN（最大

18、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250m5280m长壁综采面用工作阻力为28565 kN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t的工作面，1995 年9 月 ，麋鹿矿用工作阻力为8900 KN电液控制的两柱掩护式支架，月产煤达到60.11万t。美国综采工作最高日产超过7万t，,最高工效1336t/工。国际先进的产煤国家(如美国和澳大利亚)，煤炭生产呈现出大功率重型化、自动化、集约化、按照环保的特点。其中，国际

19、先进的采煤设备企业(如美国久益（JOY）公司、德国德伯特（DBT）公司和德国艾克夫（Eickhoff）公司)，都具有成熟的高煤层一次采全高的高产、高效综采成套设备。并且向着大功率、重型化、增大设备储备系数、提高运行可靠性的方向发展。在市场占有率上，德国德伯特（DBT）、美国久谊（JOY）和德国艾克夫（Eickhoof）等采矿设备公司都以其较高的自动化功能产品占有较高优势。1.3液压支架的发展方向表1：掩护梁的发展方向掩护支架化由于掩护与支撑掩护式支架的优良性能，今后仍将是工作面液压支架的主要架型强力化为适应工作面高产高效；增加液压支架的可靠性，减少维修，满足地质条件较好的大中型矿井集中化生产等

20、要求，在美国澳大利亚等过，这种液压支架强力化的趋势比较明显轻型化进行优化设计，减轻支架重量，这样不仅降低成本，而且利于运输搬家，适应于中小矿井和地质构造多的煤层。多样化由于煤矿地质条件，采煤方法以及生产管理等各不相同，对液压支架提出了各种不同的要求。为使液压支架更加合理，实用，面向用户，结构也趋于多样化。液压支架的使用范围，如适应的才高，倾角，顶底板条件及采煤方法等更为广泛自动化电子液压控制系统可使液压支架实现程序，成组或者自动化集中控制，从而改善支护效果，适应工作面高产，高效和安全的要求。有的还与采煤机，输送机等一起实现自动控制成套化液压支架只有与采煤机，输送机等设备共同配套使用才能最大限度

21、地发挥作用。由于液压支架使用范围逐渐扩大，要求与采煤机，输送机等设备进行成套设计与制造。系列化标准化支架的液压元部件逐渐系列化标准化，这样便于多样化的总体设计，支架的计算机辅助设计与制造（CAD-CAM）2.液压支架的基本理论分析2.1综采工作面成套液压支架的组成综采工作面除了装备几十架或更多数的工作面基本支架外，还需要有乳化液泵站、供液管路系统等。根据工作面不同的生产和地质条件，还可以配备端头支架、排头支架等。其具体组成、位置、数量和作用如表2所示：表2：综采工作面成套液压支架的组成序号名称布置位置数量作用1乳化液泵站顺槽或专门硐室12台或多台向液压支架供给高压液体2供回液主管路顺槽及工作面

22、2多条输送泵站输出的高压液体与工作面返回邮箱的液体3端头液压支架顺槽与工作面过渡区上端头02架下端头02架支护顺槽与工作面过渡区的顶板。有些工作面可用单体液压支架等代替。4排头液压支架工作面上下两端头一般每端不超过35架支护工作面上下两端包括输送机机头机尾上方的顶板，并作为工作面支架调整位置与方向时的基准架。对整个工作面支架的防倒防滑至关重要5工作面支架工作面使工作面长度定也称基本支架。对工作面顶板进行支护与控制2.2液压支架的类型和结构液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点的不同，分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三种基本类型。1) 支撑式支架支撑式支架是最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同

23、，支撑式支架又可分为垛式支架和节式支架两种类型。垛式支架每架为一整体，与输送机联接并互为支点整体前移。节式支架由23个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移输送机用与支架相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在4m左右；立柱多，一般46根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石容易窜入工作空间；支架的工作空间和通风断

24、面大。由以上可知，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。图1：支撑式液压支架1-顶梁；2-前梁；3-立柱；4-控制阀；5-推移装置；6-底座2) 掩护式支架掩护式支架的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区的矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座联接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用于顶梁或者直接作用于顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。

25、通常顶梁较短，一般为3.0m左右。掩护式液压支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大，且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但因为顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。由以上可知，掩护式液压支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期压力不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。图2：掩护式液压支架1-护帮装置；2-前梁；3-顶梁；4-前梁千斤顶；5-弹簧筒；6-顶梁侧护板； 7-立柱；8-掩护梁；9-平衡千斤顶；10-掩护梁侧护板；11-前连杆；12-后连杆侧护板；13-后连杆；14-底座；15-

26、推移千斤顶；16-推杆3) 支撑掩护式支架支持掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，它可适应各种顶底板条件。图3：支撑掩护式支架支撑掩护式支架的基本结构如图3所示。顶梁1由前梁和主梁构成，四根立柱支撑在顶梁和立柱之间，掩护梁2的上端与顶梁铰接下端用连杆与底座相连。支撑掩护式支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。缺点是：结构复杂，成本较高。4) 特种液压支架特种液压支架是为了满足某些特殊要求而发展起来的液压支架，在结构型式上仍属于上述某种架型。5) 放顶煤支架放顶煤支架

27、用于特厚煤层采用冒落开采时支护顶板和放顶煤。利用与放顶煤支架配套的采煤机和工作面输送机开采底部煤，上部煤在矿山压力下将其压碎而冒落，冒落的煤通过放顶煤支架的溜煤口流入工作面输送机。放顶煤综采法的优点：巷道掘进量小、工作面搬迁次数少、成本低和效率高。6) 铺网支架铺网支架是特厚煤层采用分层开采时既能支护顶板又能自动铺联网的液压支架。它是在一般掩护式或者支撑掩护式支架的基础上再增设铺网机构而成的。7) 三软支架三软支架是指适用于三软煤层的支架。三软煤层是指煤质软（易片帮）、顶板软(破碎不稳定)、底板软（易陷底）的煤层。8) 端头支架端头支架是工作面与上、下顺槽连接处用的支护设备。该处顶板悬露面积大

28、，矿山压力大，机械设备较多，又是人员安全进出口和向工作面运送材料的通道。因此要求端头支架不仅能有效的支撑顶板，而且又能与端部的各种设备配套。2.3液压支架的组成根据支架各部件的功能和作用 ，其组成可分为 4 个部分 ：表3：液压支架的组成及功能序号部件功能举例1承载结构件承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁2动力油缸实现支架的各种动作，产生液压动力。立柱和各类千斤顶。3控制元部件操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件4辅助装置实现支架的某些动作或功能推移装置、护帮(或挑梁)装置、伸缩梁 ( 或插

29、板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件5工作液体传递能量的工作液压介质乳化液2.4液压支架支护循环方式综采工作面生产工艺过程比较单一，主要工序有采煤、移架及推溜，具体过程如表4所示：表4：液压支架的支护方式支护方式循环方式支护特点应用条件即时支护割煤移架推溜支护滞后时间短适用于各种顶板条件，应用最为广泛滞后支护割煤推溜移架支护滞后较长可用于稳定完整的顶板条件，支架架构紧凑，目前应用较少复合支护割煤支架探梁推溜移架支护滞后时间短但增加了反复支撑可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，目前应用较少2.5液压支架的工作原理液压支架在工作过程中，不仅要可靠地支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且

30、要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。为了及时支护采用先移后推溜的工作方式。一个循环包括降柱、移架、升柱、推溜4个动作。这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。图4：液压支架工作原理图1) 顶梁；2立柱；3推移千斤顶；4安全阀；5单向阀； 6、7操纵阀1) 升柱 当操作阀处于升柱位置时，从乳化液泵站来得高压液体通过操纵阀液控单向阀5进入立柱 2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。 2) 降柱 当操纵阀处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。 3) 支架和输送机前移 支架和运输机的前移，都是由底座上的推移千斤顶

31、来完成的。当需要支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体 前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推运输机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。 2.5.1支架承载过程液压支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程。它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。1) t0 :初撑阶段支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起，顶梁接触顶板，当立柱下腔的压力增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力时。初撑力为：PC = 4 D2 Pbn 103

32、KN式中 D支架的缸径，m;Pb泵站的工作压力，Mpa; n支架立柱的数量。由上式可知，支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。图5：支架的工作特性曲线t0 :初撑阶段；t1:增阻阶段；t2:恒指阶段；p1: 初撑力；p2:工作阻力2) 承载增阻阶段初撑阶段过后，随着顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架的安全阀调整压力；立柱下腔压力达到工作阻力。3) t2:恒指阶段随着顶板压力的继续增加，立柱下腔压力超过支架的安

33、全阀调整压力，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力缩小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀调整值后，安全阀停止溢流。支撑式支架的工作阻力为P = 4 D2 Pa n 103 , KN式中 Pa=支架安全阀的调定压力，Mpa; D支架的缸径，m;Pb泵站的工作压力，Mpa; n支架立柱的数量。支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。2.6液压支架的选型及设计要求2.6.1液压支架的选型条件正确选择液压支架的架型，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。表5是根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件

34、下适用的架型，它是选择支架的主要依据.1) 煤层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 2.3 3.0 m ( 软煤层下限 ， 硬煤层上限 ) 时 ， 应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。2) 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 10 15时，应设防滑和调架装置，当倾角超过 18 时，应同时具有防滑防倒装置。3) 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，基本上决定了支架地做的结构和支撑面积。选型

35、时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板允许比压（对于砂岩底板，允许比压为MPa 16 . 2 96 . 1 , 软底板为 MPa 98 . 0 左右）4) 瓦斯涌出量对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算5) 地质构造地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在5 8m2和20min以下时，暂不宜采用液压支架。6)设备成本 在满足要求的前提下，应选用价格便宜的支架。此外，对于特定的开采要求，应选用特种支架。表5：各种顶板条件下液压支架的选型老顶级别IIIIIIIV直接顶级别12312312344支架类型掩护式掩护式支撑式掩护式掩

36、护式或支撑掩护式掩护式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或采高 小于 2.5m时支撑掩护式采高大于2.5m时支架支护强度MPa采高1 2 3 40.294 0.343（0.245）0.441（0.343）0.539（0.441）1.30.294 1.30.343（0.245）1.30.441（0.343）1.30.539（0.441）1.60.294 1.60.343 1.60.441 1.60.53920.29420.34320.44120.539应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区单体支柱支护强度采高1230.147 0.245 0.3431.30.147 1.3

37、0.245 1.30.3431.60.1471.60.2451.60.343按采空区处理方法确定注：括号内的数字是掩护式支架的支护强度。表中所列支护强度在选用时，可根据本矿情况允许5%的波动范围。表中 1.3、1.6、2 分别为 II、III、IV级老顶的分级增压系数；IV级老顶只给出最低值2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。2.6.2对液压支架的基本要求1. 为了满足采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的初撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。 2. 液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100 KN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100 KN 150

38、KN,中厚煤层一般为150 KN 250 KN,厚煤层一般为300 KN 400 KN。 3. 防矸性能要好。 4. 排矸性能要好。 5. 要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害气体等安全方面的要求。 6. 为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。 7. 调高范围要大，照明和通讯方便。 8. 支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。 9. 要求支架有足够的刚度，能够承受一定得不均匀载荷和冲击载荷。10. 满足强度条件下，尽可能的减轻支架重量。 11. 要易于拆卸，结构要简单。 12. 液压元件要可靠。2.6.3对液压支架各部件的要求1) 四连杆机构应进行

39、优化设计，使支架梁端距变化小，支架受力状态最佳，结构上既满足工作空间要求，又能承受足够的纵向、横向力及扭矩。 2) 前梁无论是伸缩式或是挑梁式，都应能及时支护顶板。前梁由前梁千斤顶控制，可上、下摆动。与顶板保持良好的接触，维护机道上方顶板。伸缩梁靠伸缩千斤顶和前梁作相对滑移用以及时支护新暴露的顶板。 3) 顶梁顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶作用。它可多次反复支撑顶煤，以利于放煤。顶梁装有侧护板，活动侧装有千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸及调节支架间距。若四连杆机构与顶梁铰接，要有可靠的铰接支座。 4) 掩护梁它用于承受部分煤、矸载荷，防止其窜入后输送机的工作空间，保证支架、后输送机正

40、常运行。根据不同的支架类型，掩护梁有伸缩插板式和在下端铰接一伸缩尾梁式，它装有侧护板作用与顶梁侧护板相同。掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。 5) 底座其作用是将支架承受的顶板压力和侧向力传至底板。它既要有足够的强度和刚度，又应满足底板比压不超限。保证支架整体稳定性的关键是在底座上铰接四连杆机构，在底座中间设置有推移装置，侧面设置拉后输送机的千斤顶和推移杆。 6) 推移装置此机构关系到支架能否正常推移，由千斤顶和推移杆组成。推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成。 7) 尾梁四连杆机构与掩护梁铰接的支架，在掩护梁下铰接一可转动的伸缩插板尾梁，用以放煤、保证放煤高度及维护工作空间

41、。对于大块煤可利用插板进行破碎。尾梁装有侧护板，作用与顶梁、掩护梁的侧护板相同。8) 液压控制系统及立柱、千斤顶 液压系统由各液压件 、 管路系统组成，它应保证立住、千斤顶完成支架要求的各种性能，并达到设计技术参数。2.6.4设计液压支架必需的基本参数1) 顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。2) 最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。3) 瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。4) 底板岩性及小时涌水量根据底板岩性和单位时间涌水量验算底板比压。5) 工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。6) 煤层倾角根据煤层

42、倾角，决定是否选用防倒防滑装置。7) 井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8) 配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。3.液压支架的整体设计及掩护梁设计3.1液压支架结构安全设计参数的确定3.1.1液压支架的高度确定根据所采煤层的厚度、采区范围内的地质条件的变化规定其最大与最小高度：Hmhm+S1HmhnS2aa式中 Hm支架最大高度，mm;Hn支架最小高度，mm;hm煤层最大厚度，mm;hn煤层最小厚度，mm;S1考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，一般取200300mm;S2顶板最大下沉量，一般取100200mm;a移架时支架的最小可缩量，一般取5

43、0mm;a 浮矸石、浮煤厚度，一般50mm.Hm=5+0.3=5.3m；Hn=2.4-0.2=2.2m；3.1.2 支架的伸缩比k=HmHn=2.43.1.3 支架间距按原始条件，取1750mm选取平衡千斤顶缸径，推力/拉力(KN)3.2掩护梁的设计3.2.1掩护梁的功能掩护式、支撑掩护式支架掩护梁主要功能有：1) 将顶梁承受的部分顶板压力通过连杆或交接点传递给底座；2) 用以隔离采空区、阻止其冒落矸石涌入工作面，掩护梁上的活动侧护板，进一步完善了这种功能；3) 承受采空区冒落矸石的压力，并将它传递至顶梁、连杆和底座。3.2.2掩护梁的结构和分类掩护梁的结构为钢板焊接的箱式结构，在掩护梁上端与

44、顶梁铰接，下部焊有与前、后连杆铰接的耳座。有的支架在掩护梁上焊有立柱柱窝。活动侧护板在掩护梁的两侧。在侧面看掩护梁，其形状有直线型和折线型两种。图6：折线型掩护梁。1-顶梁；2-掩护梁；3立柱；4-前连杆；5-后连杆；6-底座图7：直线型掩护梁1-顶梁；2-掩护梁；3立柱；4-前连杆；5-后连杆；6-底座7-推移千斤顶表6：掩护梁的类型及特点、使用条件掩护梁的类型特点和使用条件整体直线形整体性好、强度大，加工简单，工艺性好。从侧面看、掩护梁上轮廓线形状为直线形。当支架斜歪时，架间密封性比折线形掩护梁好。用于支顶式掩护支架和支撑掩护式支架时，立柱不支撑在掩护梁上，因而这种掩护梁的受力和结构比较简

45、单。用于支掩式掩护支架和支顶支掩式支撑掩护支架时，立柱支撑在掩护梁上，因而这种掩护梁的受力和结构比较复杂。目前这种型式应用最为广泛。整体折线形从侧面看，掩护梁上轮廓线为折线形，相对地增大了工作空间。当支架斜歪时，折线形掩护梁的架间密封性差。折线形掩护梁加工工艺性差用于早期的支掩式掩护支架以及其他某些支架，目前应用较少。3.2.3掩护梁设计的结构参数、影响因素与设计原则表7：掩护梁设计的结构参数、影响因素与设计原则结构参数影响因素与设计原则长度由总体设计确定。一般支架高度大，调高范围大，要求掩护梁较长。支掩掩护式支架的掩护梁比支撑掩护式或支顶掩护式支架的要长。加大掩护梁的背角，可以缩短掩护梁的长度。一般连杆长、且与水平面夹角大，可缩短掩护梁长度。放顶煤、分层铺网等特种采煤工艺的支架，掩护梁要长。宽度主要取决于支架中心距、顶板稳定性和是否带活动侧护板等因素。对支撑式支架、顶梁宽度可适当减小。高度根据掩护梁的受力大小，通过强度计算确定。对于厚煤层支架，由于要承受较大的水平力和侧向力，应适当加大高度，以便提高稳定性和安全性，对于薄煤层支架，为保证一定的空间，要适当缩小掩护梁高度。3.2.4侧推千斤顶的控制方式和位置的确定侧推千斤顶伸出时，使活动侧护板外移，可密封架间间隙，起到防矸石、导向、防倒和调架等作用；侧推千斤顶缩回时，使活动侧护板回缩，可减