综采支架选择的原则

综采和普采液压支架选型的基本依据及原则 机械化采煤工作面类型的确定与论证 机械化采煤工作面根据支护设备型式不同，可分为普通机 械化采煤工作面（简称普采）及综合机械化采煤工作面（简称 综采）。综采工作面主要设备为双滚筒采煤机、刮板输送机、液 压支架，综采工作面机械化程度高、安全、生产率高。普采工 作面主要设备为滚筒采煤机、刮板输送机、金属摩擦支柱或单 体液压支柱及金属铰接顶梁。一般当工作面内煤层厚度较厚、 煤层倾角及煤层厚度变化不大，地质条件比较稳定，没有大的 断层、夹矸等，工作面设计能力又比较高，采用综采较好。据 已知条件，选用综采工作面较好。 一：液压支架的基本形式 （一）支撑式支架：是一种典型的支撑式支架，它有较长的顶梁，较多的支 柱，并呈垂直布置，支架的稳定性由支柱的复位机构来保证，因此有坚固的箱式 底座。它靠支柱与顶梁的支撑作用，控制工作面的顶板，维护工作空间，而顶板 岩石则在顶梁后部切断跨落。这种类型的支架具有交大的支撑能力和良好的切顶 性能，因此适应于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，底板也较硬的煤层中。 （二）掩护式支架:是掩护式支架的典型结构之一，它的顶梁较短，支柱一 排，一般仅 1～2 根，多呈倾斜布置与掩护梁连接或直接与顶梁相连接。它靠支 柱和顶梁支撑顶板，而掩护梁只与冒落矸石相接触，防止矸石涌入工作面，以维 护一定的工作空间。这种类型的支架，有良好的防矸掩护性能，主要适用于顶板 中等稳定和破碎，底板也较软的煤层中。 （三）支撑掩护式支架：支撑掩护式支架是介于支撑式和掩护式之间的一种 架型。它的特点是，支柱两排，每排 1～2 根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧， 装有掩护梁和四连杆机构。这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间，兼有支 撑式和掩护式支架的优点，适用于顶板稳定和中等稳定，有较明显的周期压力， 底板中等稳定的煤层中。 支撑式、掩护式和支撑掩护式等三类支架中，对照采煤工艺对支架的要求来 看，掩护式支架具有很多特点和较广的适用范围。虽然掩护式支架单位工作面长 度上的支撑能力不如其余两种，但由于控顶距小单位面积上的支撑力较大，能对 顶板进行有效的支撑；还有有效的挡矸装置，能更好的适应破碎顶板的支护需要； 支架本身为一定的运动机构，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的结构和 液压系数简单，操作简便，管理维修容易；支架调高范围较大，对煤层厚度变化 的适应性强。所以，掩护式支架在使用中已取的良好的经济效果，使用范围正在 扩大。 二、液压支架的选型 1．影响液压支架选型的因素 影响液压支架选型的因素，主要是矿山地质条件、如顶、 底板稳定性、煤层厚度、煤层倾角、煤层赋存状况及瓦斯含量 等。其中以煤层及顶、底板稳定性影响最大。 (1) 顶板稳定性： 顶板稳定性直接影响支架的架型支护强度。顶板岩性的不 同，决定支架的架型的型式，岩层载荷和顶板的稳定性主要影 响支架支护强度和顶梁的结构型式。一般讲：煤层顶板稳固平 整，应选用支撑式支架；煤质松软、顶板破碎煤层，应选用掩 护式支架；而煤层顶板坚硬，则应选用支撑掩护式支架。 (2) 底板稳定性： 底板岩石的组成，结构及岩石力学性质是支架选型不可忽 视的另一重要条件。底板的稳定性，对支架底座影响颇大。支 架架型选取不当，会使支架陷入底板，使移架困难。根据我国 煤层底板岩石抗压强度。按《毕业设计指导书》P. 22，表 2-1 选 取支撑式支架。 (3) 煤层厚度： 煤层厚度主要影响支架支护强度，煤层厚度越大支护强度 应越高，煤层厚度大小及变化情况，又决定着支架的结构高度 和伸缩范围。 (4) 煤层倾角 煤层倾角主要影响支架稳定性，煤层倾角大则易使支架发 生倾倒、下滑现象。必须采取防倒防滑措施。 (5) 煤层埋藏稳定性： 实践证明：煤层埋藏越平稳，综采的效果越好。断层及其 性质对支架的使用好坏起决定性的影响。若断层落差大，综采设备通不过，断层条数多，综采面搬家次数多。 (6) 煤层瓦斯含量 瓦斯含量大的煤层应采用通风断面大的支架。 支撑式液压支架虽然价格便宜，但使用性能远不如掩护式和支 撑掩护式液压支架优越。因此：在可能情况下，应优先选用掩护式 和支撑掩护式两种架型。 除矿山地质条件外，采矿技术条件，如回采方式，采面长度， 采煤机械类型、生产环节等因素对液压支架的造型也有一定的影 响。 2．煤层顶板及顶板分类 覆盖在煤层上的岩石，依次分为伪顶、老顶，它们统称为 煤层的顶板。伪顶是紧贴在煤上极易冒落的较薄岩层，通常在 煤层被采下后随即冒落，对液压支架的选型一般没有影响。 直接顶位于伪顶之上，无伪顶时直接位于煤层之上，通常 是在移架或回柱后随即冒落，直接顶下部 1. 5～2 为厚的岩石叫 直接下位岩石，它对架型的选择有决定性的影响。 (1) 直接顶分类 我国将缓倾斜煤层回采工作面直接顶根据其稳定程度分为 四类： 不稳定顶板：很易冒落； 中等稳定顶板：一般在支护设备前移后随即冒落； 稳定顶板：难于冒落，需支架帮助切顶； 坚硬顶板：极难于冒落，采后需强制放顶。 (2) 老顶分级 老顶位于直接顶之上，按《毕业设计指导书》P. 24，表 2－ 3 可知 2 级老顶周期来压明显。 3、液压支架的选型 液压支架的选型，包括选择支架的架型，支架的结构参数 和支架强度的确定。 (1) 架型的选择： 液压支架根据对顶板的支护方式和结构特点不同，可分为支 撑式，掩护式、支撑掩护式三种基本型式。 支撑式支架顶梁长，立柱多，且垂直支撑、工作阻力大， 切顶能力强，通风断面大，后部有简单的挡矸装置，架间不撑 紧，对顶板不密封。它适用于稳定或坚硬以上直接顶和周期来 压明显或强烈的老顶条件。 掩护式支架有宽大的掩护梁可挡住采空区冒落的矸石，它 的顶梁较短，支柱少且倾斜支撑。架间密封，支架工作阻力较 小，切顶能力差，但由于顶梁较短控顶面积小，支护强度不一 定小。它适用于不稳定和中等稳定直接顶条件。 支撑掩护式支架兼有支撑式和掩护式支架结构特点，顶梁 较长，立柱较多，呈垂直或倾角较小倾斜支撑，帮工作阻力大， 切顶能力强，具有掩护梁架间密封，挡矸掩护性能好。它适用 于稳定以下各类顶板，有取代支撑式支架的趋势，但它的结构 复杂，重量较大，价钱较高。 注意因素：（1）煤层厚度大于 2. 5 米，顶板有侧向推力时， 一般不宜采用支撑式支架，煤层厚度在 2. 5～2. 8 米以上时，应 选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，煤层厚度变化大 时应采用调高范围大的双伸缩支柱。（2）煤层倾角在 10～15° 以上时，支架应有可靠的防滑防倒装置。（3）底板强度，支架 对底板比压应小于底板岩石允许抗压强度。（4）瓦斯含量，瓦 斯涌出量大的工作面，应优先选用通风断面大的支撑式或支撑 掩护式支架。（5）设备成本，能同时允许选用不同架型时，应 优先选用价格便宜的支架。 据《毕业设计指导书》P. 24，表 2-4 可知，由给定的已知条 件 2 级 3 类应选用支撑式支架，但因煤层厚度是 4m>2. 5～2. 8m, 顶板有侧向推力，这时，一般不宜采用支撑式支架，应选用带护 帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。因此我选用 2 级 2 类，支撑 掩护式支架。 (2) 液压支架结构参数的确定 液压支架的结构参数，主要指液压支架的结构高度，应能 适应采高的要求，它根据煤层厚度和采区范围内地质条件的变 化等因素来确定。其选择的原则是：在最大采高时，液压支架 应能“顶得住”，在最小采高时，支架能“过得去”。支架最大 结构高度 H ma x 和最小结构高度 H mi n ，具体由下面经验公式计算： H max = h ma x +a= 4+0. 3= 4. 3m H mi n = h mi n －S 2 －b－C= 3. 2－0. 18－0. 1－0. 08= 2. 84m 式中：h ma x — 煤层最大厚度，4 米； h mi n — 煤层最小厚度，3. 2 米； a — 考虑伪顶，煤皮冒落后，支架仍有可靠初撑力所 需要的支撑高度的补偿量；厚煤层可取得 300 毫 米； S 2 — 顶板最大下沉量，一般取支架后排立柱处顶板的 下沉量。可按劳取酬 100～200 毫米选取，1 级老 顶取大值，四级老顶取小值； b — 支架卸载前移时，立柱伸缩余量，煤层厚度大于 1. 2 米时，取 80～100 毫米； C — 支架顶梁上存留的浮煤和碎矸石厚度，一般取 50～100 毫米。 (3) 支架支护强度的确定 支架支护强度 q：支架单位支护面积上的支撑力。它是 衡量液压支架性能的一个重要参数，可由下列方法确定： a. 按经验公式估算： q = KHR=8×4×2. 3=73. 6t / m 2 式中：K — 作用于支架上的顶板岩石厚度系数，我国中厚煤层 取 6－8； H — 最大采高，4 米； R — 岩石容重，一般取 2. 3t / m 3 。 b. 据顶板条件和煤层厚度，由《毕业设计指导书》P. 24，表 2-4 可 查取 2 级 2 类，采高 4 米，支护强度为 1. 3×55=71. 5t / m 2 . 由《采掘机械与液压传动》P. 243, 表 3-4-1，注：（2）可知 1. 3 为 2 级老顶的分级增压系数； 结果选取大值：q=73. 6t / m 2 (4) 选择液压支架型号：参看《采掘机械与液压传动》P. 230, 表 3-2-1， 选取支撑掩护式支架： 架型：BC520－25/47 支撑高度：2. 5～4. 7m 工作阻力：5069KN 三：经济成本 在地质条件允许的情况下，液压支架选择范围较大，且使用数量较多，此时 应优先考虑经济型的液压支架，以降低企业成本。在管理上做好液压支架的日常 检修和维护，可大大减少使用过程中的维检资金，争取最大的经济效益。 四：结语 液压支架在现代综合机械化采煤过程中是重要的支护设备，其选型的好与坏 也是关系到矿井高产、高效的关键性因素。由于地质条件的复杂性和矿压观测的 模糊性，使得液压支架呈现出多样化、大流量化发展趋势，并且随着安全生产越 来越被重视，其已成为现代生产中的主要因素，液压支架从设计和选型上也要突 出考虑这一关键因素。液压支架的选型是一门综合性的学问，涉及煤矿地质和机 械制造等学科，应根据煤矿实际条件而选型。

选液压支架，用来控制采煤工作面矿山压力的结构物。采面矿压以外载的形式作用在液压支架上。在液压支架和采面围岩相互作用的力学系统中，若液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好同一直线，则该液压支架对此采面围岩十分适应。

液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。

液压支架主要用于水平面和小于等于10度的缓倾斜厚煤层沿底板一次放顶煤采全高开采的长壁综采工作面，也适用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤综采工作面。

技术特征 为煤质最软的（f=0.2~0.4）郑州超化矿的“三软”“煤层”地压最大底板特软的铁法小康矿；煤质最硬（f=4）顶板坚硬的（f=16）朔州北岭矿，工作面倾角最大的（局部42°，平均31°）鹤壁三矿，煤层最厚的（50~100m）且有冲击地压的抚顺老虎台矿，工作面长度最短的（20~30m）包头阿刀亥矿等各类地质条件，设计了适应各类难采煤层的“综放”支架，工作阻力从1800KN~7200KN 技术参数 “综采”支架： 最大采高2.2~4.5m新集能源股份公司 最低采高0.8~1.8m大同吴官屯矿 最大工作阻力10000KN新集 最小工作阻力1800KN阳泉晋玉煤矿 适应各类地质条件的支撑掩护式和掩护式支架。 巷道支架，超前支护支架，端头支架等各种特殊支架，本公司设计和生产各种特殊支架，以满足各矿区的特殊要求。 如1、为解决抚顺老虎台矿冲击地压对巷道交叉点的破坏，研制了特殊巷道支架。 2、为解决“综放”端头丢煤和支护困难问题，研制的“综放”端头支架是国内唯一获得部级科技进步奖的“综放”端头支架。 3、为解决各矿“综采”“综放”两巷超前支护，研制了自移式超前支护支架。