采掘机械-02-01-采煤工作面和支护设备.ppt

第二篇 采煤工作面支护设备,第二篇 采煤工作面支护设备,第二篇 采煤工作面支护设备,采煤工作面支护设备是支撑和维护采煤工作面控顶区顶板，为采煤创造安全作业空间的设备。按结构特点和支护方式不同分单体支架、液压支架和特种支架。单体支架是由单体支柱与顶梁组成的支护设备。单体支柱为支撑于顶板或顶梁和底板之间的单根杆状构件。液压支架以液压为动力实现升降、前移等运动，既能支撑又能维护顶板的支护设备，为采煤工作面综合机械化的主要设备。特种支架按结构、功能等因素分为工作面锚杆支架、刚性或柔性掩护支架和气囊支架。,第二篇 采煤工作面支护设备,工作面锚杆支架：在采煤工作面用锚杆锚固围岩、保障安全作业空间的支架。用于房柱式采煤工作面。刚性或柔性掩护支架：用钢绳将钢梁或木梁连结在一起，在急倾斜煤层采煤工作面中用以掩护工作空间和隔离采空区的帘式柔性支护结构物。能在自重和上部垮落岩石压力推动下移动。气囊支架：又称气垛支架，是用橡胶等弹性材料制成的囊状封闭软包，充入压缩空气后软包膨胀以支撑顶底板和隔离采空区的支护构筑物。,单体支柱和液压支架是工作面常用的支护设备，按工作特性分刚性、增阻可缩性和恒阻可缩性。刚性支柱是受载过程中不可缩或可缩性很小的支柱。随着顶板下沉，作用在支柱的上的载荷会快速增加直至支柱破坏，如木支柱。刚性支柱属被动支护。增阻支柱(支架)是受载过程中支护阻力随顶板下沉而增加的可缩性支柱(支架)，如摩擦支柱。增阻支柱虽也属被动支护，但工作特性和支护效果均优于刚性支柱。恒阻支柱(支架)是受载达工作阻力后，压缩量增加，工作阻力基本保持恒定的可缩性支柱(支架)，如液压支架、单体液压支柱、液压放顶支柱等。,第二篇 采煤工作面支护设备,金属摩擦支柱依靠摩擦力工作，有急增阻和缓增阻两种。急增阻支柱HZJA 缓增阻支柱HZWA,第九章 采煤工作面支护设备分类和结构,单体支护设备包括木支柱、金属支柱和液压支柱。液压支柱分单体液压支柱和放顶支柱。,第一节 单体支护设备,第一节 单体支护设备,一、活塞式单体液压支柱 活塞式单体液压支柱按其供液方式不同，分内注式和外注式。,第一节 单体支护设备,1-顶盖；2-三用阀；3-活柱；4-缸体；5-复位弹簧；6-活塞；7-底座；8-卸载手把；9-注液枪；10-供液管,工作原理：升柱、初撑、承载、卸载回柱,1.升柱与初撑 注液枪9插入三用阀2注液孔中，操作注液枪手把，高压液体由供液管10经注液枪和三用阀中的单向阀进入支柱下腔，活柱升起。,2.外注式单体液压支柱(DZ),支柱撑紧顶板不再升高时，松开注液枪手把，拔出注液枪。支柱内腔压力为泵站压力时支柱给顶板的支撑力为初撑力。,第一节 单体支护设备,2.承载 当顶板压力超过三用阀中安全阀限定的工作阻力时，安全阀打开，液体外溢，支柱内腔压力随之降低，支柱下缩。当支柱所受载荷低于额定工作阻力时，安全阀关闭，腔内液体停止外溢支柱载荷保持在额定工作阻力。,3.卸载降柱 扳动卸载手把8，打开卸载阀，柱内工作液体排出柱外，活柱在自重和复位弹簧作用下缩回，完成卸载降柱。,第一节 单体支护设备,三用阀：单向阀、安全阀和卸载阀，分别承担支柱的注液升柱、过载保护和卸载降柱功能。,1-右阀体；2-注液阀体；3-钢球；4-卸载阀垫；5-卸载弹簧；6-连接螺杆7-安全阀套；8-安全阀针；9-安全阀垫；10-导向套；11-安全阀弹簧12-调压螺钉；13-左阀体；14-卸载手把安装孔；15-过滤网；16-阀座,第一节 单体支护设备,单向阀：钢球、小弹簧、尼龙阀座和阀体2。安全阀为平面密封式，由安全阀针8、安全阀垫9、阀座16、导向套10、安全阀弹簧11等组成。卸载阀：连接螺杆6、卸载阀垫4、卸载弹簧5。卸载时，扳动卸载手把，安全阀套7右移，压缩卸载弹簧5，使卸载阀垫与右阀体1内的台阶脱开，活柱内的高压液体从此间隙中排出，支柱下降。,第一节 单体支护设备,注液枪：向支柱供液的工具。,1-注液管；2-锁紧套；3-枪体；4-挂钩；5-螺钉；6-单向阀复位弹簧；7-阀心；8-阀座；9-密封圈和防挤圈；10-隔离套；11-顶杆；12-手把,注液升柱时，将注液管l插入三用阀阀体中，将锁紧套2卡在三用阀的环形槽中。扳动手把12，顶杆11右移打开单向阀，工作液体进入支柱。注液结束后，松开手把，单向阀关闭，顶杆复位，残存在单向阀和注液管的高压工作液体经顶杆11与密封圈和防挤圈9之间的间隙溢出，注液枪才能取下。,第一节 单体支护设备,第一节 单体支护设备,1-铰接顶盖；2-密封盖；3-活柱；4-手把阀体；5-油缸；6-复位弹簧；7-底座；8-三用阀,工作原理：升柱、初撑、承载、卸载回柱,二、柱塞悬浮式单体液压支柱,第一节 单体支护设备,2)在活柱上没有圆弧焊缝，提高活柱的强度和可靠性，避免因焊缝断裂而造成的冒顶等事故隐患。,3)支柱重量轻，根据支柱规格不同，整柱重量减轻1230%，搬动、运输、使用方便。,4)工作行程大，扩大使用范围，提高支柱使用效率，减少支柱的规格品种。对于顶板下沉较大的工作面，仍能满足大的恒增阻降距。,5)支柱各密封点采用密封补偿和密封胀紧原理。在密封磨损情况下，可有效补偿；在顶板来压或在高压支撑情况下，可保持密封胀紧状态，减少密封的更换率，降低维修和维护费用。,6)支柱各密封点均为外置，可用肉眼直观检查，支柱一旦泄漏，可随时注液或更换支柱，省去定时繁锁的检测工作量。,7)三用阀5设于手把体4上，注液时，三用阀不随活柱的升高而升高，操作方便。,第一节 单体支护设备,支柱使用条件：煤层倾角小于25、底板不宜过软、顶板冒落后不影响支柱回收的地质条件。,优点(相比金属摩擦支柱)：1.初撑力大，一般在70100kN；2.工作阻力大，且稳定；3.回柱安全灵活；金属摩擦支柱打松水平楔，活柱立即下落；4.工作面产量和效率高。缺点：初期投资较大(单体液压支柱价格约为金属摩擦支柱的45倍)。相比液压支架，单体液压支柱支护顶板的劳动量较大，但在采高和倾角变化大的煤层中，比液压支架适应性更好，初期投资少。,第一节 单体支护设备,支柱选用：最大高度=煤层最大厚度-顶梁高度；最小高度=煤层最小厚度-(顶板最大下沉量+顶梁高度+支柱卸载高度)。,第一节 单体支护设备,顶梁结构,组成：梁体1、楔子2、销子3、接头4、定位块5和耳子6。梁体1的断面为箱形结构，由扁钢组焊。,架设顶梁时，先将顶梁右端接头4插入已架设好的顶梁一端的耳子中，然后用销子3穿上并固紧，使两根顶梁铰接。最后将楔子2打入夹口7中，顶梁悬臂支撑顶板。新支设的顶梁被支柱支撑时，及时将楔子拔出，以免因顶板下沉将楔子咬死。,第一节 单体支护设备,1-立柱；2-复位橡胶块；3-控制阀；4-推移千斤顶；5-底座；6-操纵阀；7-连接头；8-防滑筋,第一节 单体支护设备,四、放顶支柱(切顶支柱),用垮落法放顶时支设于采煤工作面与采空区交界线上专为放顶而安设的特种支柱。通常与摩擦支柱或单体液压支柱配合使用，起支撑和切断顶板作用，其千斤顶用于推溜移柱。,工作原理：(1)升柱 操纵阀6手柄扳到升柱位置，高压液体经控制阀3进入支柱下腔，使立柱活柱升起支撑顶板。立柱上腔液体通过工作面总回液管回泵站油箱。(2)推移输送机 操纵阀6手柄板到移溜位置，高压液体进入推移千斤顶4的活塞腔，使千斤顶的活塞杆伸出，推动输送机前移。活塞杆腔内的液体经总回液管到油箱。,第一节 单体支护设备,(3)降柱 操作阀手柄板到降柱位置，高压液体在进入立柱上腔的同时，打开控制阀3中的液控单向阀，立柱活柱回缩。(4)支柱前移 降柱后把操纵阀手柄扳至移柱位置，高压液体进入推移千斤顶活塞。杆腔，使活塞杆回缩，支柱以输送机为支点被拉前移。,第一节 单体支护设备,第一节 单体支护设备,放顶支柱特点：(1)放顶支柱初撑力大，工作阻力通常为单体液压支柱的3倍以上，为摩擦支柱的6倍以上；(2)放顶效果好，能有效地管理顶板，消除采空区悬顶对工作面的威胁；(3)工作面放顶和输送机移动实现机械化，减少放顶事故；(4)立柱为带液控单向阀的单伸缩或双伸缩液压缸，有的活柱带有机械加长杆以增大工作行程；(5)立柱带有大顶盖、大底座，对顶底板比压小。,第一节 单体支护设备,五、滑移顶梁支架,滑移顶梁支架是介于液压支架和单体液压支柱之间的支护设备，由顶梁与液压立柱组成，以液压为动力，前后顶梁互为导向而前移。适用于缓倾斜、顶板完整和网下开采的薄或中厚煤层，也用于厚煤层网下放顶煤工作面。在端头支护中时有应用。,滑移顶梁支架按支撑方式分卸载式与半卸载式两种。1.卸载式滑移顶梁支架,1-前顶梁；2-钢板；3-后顶梁；4-移架千斤顶5-单体液压支柱；6-双向阀；7-摩擦支柱,滑移顶梁由箱体内装有推拉千斤顶的前梁和后梁组成，前后梁间用钢板连接，前梁沿该钢板滑动。通过钢板，前、后梁可互相将对方悬起。立柱分别支撑在前梁与后梁下方。支架前梁和后梁交替卸载滑移。,第一节 单体支护设备,支架操作过程：将前梁1卸载，后梁3仍撑紧顶板并通过钢板2将前梁连同其下方支柱悬吊起来，利用推拉千斤顶4将其向前滑移一个步距；前梁下方支柱选好最佳支撑位置后进行升柱，使前梁撑紧顶板；后梁3卸载，在钢板2作用下，后梁与下方支柱被悬吊起来并借助推拉千斤顶作用滑移跟进一个步距；当下方悬吊支柱摆正位置后升柱，后梁撑紧顶板，支架完成一个工作循环。,第一节 单体支护设备,2.半卸载式滑移顶梁支架,在主滑移顶梁卸载时，尚有其它支护构件支撑或临时支撑顶板的滑移。半卸载式滑移顶梁支架的顶梁由前梁3和后梁2组成，在前梁3和后梁2上均有可滑动副梁6，副梁6上装有垫板和立柱7。顶梁箱体中设有弹簧拉杆4和推拉千斤顶5。,1-挡矸板；2-主后梁3-主前梁；4-拉杆5-推拉千斤顶；6-副梁；7-立柱,第一节 单体支护设备,支架工作过程：主前梁3卸载，前梁3的副梁6支撑顶板，主前梁3与立柱向前滑移步距升悬吊立柱，主前梁3支撑顶板 副梁6卸载，向前滑移步距升柱，副梁6撑紧顶板。主后梁2卸载，后梁2上的副梁6支撑顶板，主后梁与立柱向前滑移跟进步距 升悬吊立柱，主后梁2支撑顶板 副梁6卸载前移步距升柱，副梁6撑紧顶板，支架完成工作循环。,第一节 单体支护设备,第二篇 采煤工作面支护设备,第二节 液压支架工作原理和分类,第二节 液压支架工作原理和分类,液压支架工作原理：升架、降架、推移输送机和移架。利用乳化液泵站提供的高压乳化液通过液压控制系统不同功能的液压缸来实现。每架支架的进、回液管路都与连接泵站的工作面主供液管路和主回液管路并联，全工作面的支架共用泵站作为液压动力源。每架支架形成各自独立的液压系统。,第二节 液压支架工作原理和分类,液控单向阀均设在本架内。操纵阀设在本架内本架操作；操纵阀设在相邻支架内邻架操作。,第二节 液压支架工作原理和分类,(一)支架升降,1.初撑 操纵阀8处于升柱位置，高压液体经液控单向阀6进入立柱下腔，立柱上腔排液，活柱和顶梁升起支撑顶板。顶梁接触顶板，立柱下腔压力达到泵站工作压力，操纵阀置于中位，液控单向阀关闭，立柱下腔液体被封闭支架的初撑阶段支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。,第二节 液压支架工作原理和分类,2.承载 支架初撑后，进入承载阶段。顶板缓慢下沉，顶板对支架的压力增加，立柱下腔压力升高支架增阻过程。下腔压力超过安全阀5动作压力高压液体经安全阀泄出，立柱下缩 立柱下腔液体压力小于安全阀动作压力安全阀关闭，立柱工作阻力保持恒定恒阻过程。支架对顶板的支撑力称为工作阻力，由支架安全阀的调定压力决定。,第二节 液压支架工作原理和分类,3.卸载 操纵阀8处于降架位置，高压液体进入立柱上腔，打开液控单向阀6，立柱下腔排液立柱(支架)卸载下降。,支架工作时的支撑力变化分三个阶段：开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段t0，初撑后至安全阀开启前的增阻阶段t1，安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段t2液压支架的阻力时间特性。,第二节 液压支架工作原理和分类,液压支架在低于额定工作阻力下工作时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用；在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在最大支撑力，具有可缩性，支架在保持恒定工作阻力下，随顶板下沉而下缩。增阻性主要取决于液控单向阀和立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。,第二节 液压支架工作原理和分类,(二)支架移动和推移输送机 支架和输送机的前移由底座3上的推移千斤顶4完成。移架：降柱卸载操纵阀使高压液体进入推移千斤顶活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把支架拉向煤壁。推移输送机：支架支撑顶板，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。,液压支架的安全阀；要求高的密封性能和工作的可靠性，不采用通用溢流阀标准。,1-阀座；2-阀体；3-阀针；4-阀垫；5-阀垫座；6-导杆 7-弹簧座；8-弹簧；9-调压螺塞；10-过滤网,密封元件是阀垫4和阀垫座5，阀垫装在阀垫座中，调压弹簧8通过弹簧座7、导杆6和阀垫座5将阀垫紧压在阀座1上，为了避免阀垫压入阀座孔中过早损坏，在阀孔中装有阀针3将其托住。动作灵敏，最高工作压力达60MPa。,此种阀结构较复杂，流量较小，,液压支架的安全阀,大流量溢流阀,1-阀心；2-阀座；3-导向套 4-隔膜；5-油室；6-气室 7-密封圈；8-阻 尼孔9-充气阀；10卸载孔,阀的后部气室6内充高压氮气，代替刚度较大的弹簧。气室压力通过隔膜4和油室5间接作用在阀心1上，阀心采用差动式结构，用气体和液压力平衡阀心很高的开启压力降低充气压力，克服高压气体难以密封的缺点，缩小气室容积阀体上开有阻尼孔8，以减小阀心在开启过程中的振动,阀额定工作压力达46MPa50MPa，流量达1000L/min,液压支架液压系统中的换向回路每两个二位三通阀成一对，组装在一个片阀内，分别控制一个液压缸活塞杆的伸出和缩回，若干片阀叠装在一起，各片阀之间油路并联，可以控制液压支架各液压缸的动作,第二节 液压支架工作原理和分类,(一)支撑式支架 立柱支撑在顶梁上，没有掩护梁。,支撑式支架按结构分有垛式和节式两种。,液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点不同，分支撑式、掩护式和支撑掩护式。,二、液压支架分类,垛式支架：底座为箱式，内装复位机构，整体前移。两排或三排立柱，每排立柱有两根。大多数在底座上布置四根立柱，构成一稳定的支撑垛。,复位机构设置在底座箱中，通过橡胶或复位千斤顶扶定立柱缸体，允许缸体轴向微量串动。当顶梁受到水平推力时，立柱出现倾斜，复位机构在立柱倾斜力作用下发生变形，使立柱对顶板的水平推力有一定抵抗能力。降架后，立柱随橡胶或复位千斤顶作用而正位，保证立柱在升架时能以正常状态撑紧顶板。支架前移由推移千斤顶实现。,第二节 液压支架工作原理和分类,节式支架：由两个以上机械连接的架节构成，通过架节间互相交替移动实现前移。架节分主架和副架，由千斤顶和导向机构连接。主、副架互为支点依次前移，先行走为主架，后行走为副架。,支架动作过程：副架支撑顶板，主架降架，利用移架千斤顶以副架为支点通过导向机构导向将主架前移步距；主架支撑顶板，副架降架，以主架为支点沿导向方向将副架移进一个步距支撑顶板，完成工作循环。,第二节 液压支架工作原理和分类,第二节 液压支架工作原理和分类,支撑式支架结构特点：顶梁较长，长度4m左右；立柱多，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工作空间内。,支撑式支架支护性能：支撑力大，作用点在支架中后部，切顶性能好；对顶板重复支撑次数多，易把完整的顶板压碎；抗水平载荷能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架工作空间和通风断面大。适应于缓倾斜、顶板稳定的薄与中厚煤层。,第二节 液压支架工作原理和分类,(二)掩护式支架 以单排立柱为主要支撑部件并带有掩护梁的液压支架。用于直接顶中等稳定以下，顶板周期来压不强烈的采煤工作面。,根据立柱布置和支架结构特点，掩护式支架分支掩掩护式支架和支顶掩护式支架。,第二节 液压支架工作原理和分类,支掩掩护式支架：立柱通过掩护梁对顶板进行间接支撑，支撑效率低，顶梁短，控顶距小；多数在顶梁与掩护梁之间设有平衡千斤顶，少数支架只设机械限位装置；顶梁后部与掩护梁构成的“三角带”易卡进矸石，影响顶梁摆动，故一般在顶梁后端挂有挡板，作业空间狭窄，通风面积小。,支架有插底和不插底两种形式。插底式配用专门的下部带托架的输送机，支架底座前部较长，伸入输送机下部，对底板比压小，是不稳定顶板和软底板工作面的主要架型。不插腿式配用通用型输送机，底座前端对底板比压大，使用较少。,支顶掩护式支架：立柱经过顶梁直接对顶板进行支撑，支撑效率高，顶梁比支掩掩护式支架长，顶梁后端与掩护梁铰接，作业空间和通风断面大于支掩掩护式支架；顶梁和掩护梁侧面装有活动侧护板，挡矸性能好；多数支架将平衡千斤顶设在顶梁与掩护梁之间，少数支架将平衡千斤顶设在底座与掩护梁之间。,支架底座前端对底板比压较大；顶梁有分式铰接顶梁和整体刚性顶梁；底座有刚性底封式、刚性底开式和分式底座。,第二节 液压支架工作原理和分类,第二节 液压支架工作原理和分类,掩护式支架结构特点：掩护梁较宽以挡住采空区的矸石进入作业空间，掩护梁上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。双纽线机构以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱支撑力间接作用于顶梁或直接作用于顶梁上。掩护式支架立柱较少，且倾斜布置，以增加支架调高范围，支架两侧有活动侧护板把密封架间。顶梁较短，一般在3.0m左右。,掩护式支架支护性能：支撑力较小，切顶性能差，顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁顶板，支护强度较大、均匀，掩护性好，能承受较大水平推力，对顶板反复支撑次数少，能带压移架。顶梁短，立柱倾斜布置，作业空间和通风断面小。,第二节 液压支架工作原理和分类,(三)支撑掩护式支架 在支撑式和掩护式架型基础上发展，兼有这两种架型的主要技术特征。适用于直接顶中等稳定、稳定和坚硬，周期压力强烈，底板软硬均可，煤层倾角一般不大于25o，煤层厚度14.5m，沼气涌出量适中的采煤工作面。,根据支架的结构特点分支顶支撑掩护式和支顶支掩支撑掩护式。,第二节 液压支架工作原理和分类,1-护帮板；2-护帮千斤顶；3-前梁；4-顶梁；5-前梁千斤顶；6-立柱；7-顶梁侧护板；8-掩护梁侧护板；9-掩护梁；10，11-连杆；12-底座；13-推移千斤顶；14-推杆,支顶支撑掩护式支架：两排立柱都支撑在顶梁上。按立柱布置及架体结构型式不同分一般型、V型、X型、单摆杆型和短尾型等。,第二节 液压支架工作原理和分类,(1)一般型支架：前排立柱向前倾斜，后排立柱近于直立的支架。支撑效率高，调高范围较小，适用面广，使用最普遍。,(2)V型支架：前排立柱向前倾斜，后排立柱向后倾斜，呈V型布置的支架。立柱倾斜较大，倾角相同，支架调高范围增大，适应煤层厚度变化和对顶板载荷的适应能力增强，但前、后排立柱在底座上的距离减小，影响行人和运送物料。适用于厚度变化较大的薄及中厚煤层。,(3)X型支架：前排立柱向后倾斜，后排立柱向前倾斜，呈X形交叉布置。倾斜度大，支架调高范围增加，顶梁和底座较短，总体结构复杂，使用不多。适用于厚度变化较大的薄及中厚煤层。,第二节 液压支架工作原理和分类,(4)单摆杆型支架：顶梁与掩护梁为一体，掩护梁较短，与底座之间用摆杆连接。支架升降时顶梁端部运动轨迹为圆弧形，较双纽线机构运动轨迹的水平位移量大，使端面距变化增加。支架总体结构简单，重量轻，调高范围小。适用于煤层厚度变化小的中厚煤层。,(5)短尾型支架：掩护梁陡立，较短，与顶梁连接的销轴进入顶梁后部，使掩护梁上方受到顶梁后部保护的支架。双纽线机构前连杆为单件，深入到后排立柱中间，后连杆靠近后排立柱，前、后连杆都较短，使掩护梁陡立，向采空区伸出较少，减轻了冒落矸石的冲砸力。顶梁活动侧护板多为铰接摆动式。短尾式支架的工作阻力和重量较大。适用于顶板坚硬、来压强烈、冒落矸石块度大的采煤工作面,第二节 液压支架工作原理和分类,支顶支掩支撑掩护式支架：,1-前梁；2-护帮千斤顶；3-护帮板；4-顶梁；5-前梁千斤顶；6-前立柱；7-顶梁侧护板；8-后立柱；9-掩护梁；10-前连杆；11-后连杆；12-底座；13-推移千斤顶；14-推杆,前排立柱支撑顶梁，后排立柱支撑掩护梁。支架结构单一，前排立柱向前倾，后排立柱向后倾且工作阻力多小于前排，工作中有时承受拉力活柱腔用液压闭锁控制，柱头与柱底用直通销轴连接于掩护梁与底座之间(与千斤顶连接方式相同)。顶梁与底座较支顶支撑掩护式的短，结构较紧凑，整体刚性好，支撑合力靠近顶梁后部。底座前端比压小，便于移架和适用于较软底板。,第二节 液压支架工作原理和分类,支撑掩护式液压支架技术性能：顶梁长，有整体刚性和分体铰接；有些顶梁带外伸或内伸的伸缩梁。多数支架有双人行通道，通风断面大；支撑合力在顶梁后部，切顶能力强；底座为整体结构，有底封式和底开式；立柱倾斜度小，支撑效率高，调高范围较小，适应煤层厚度的变化能力不如掩护式液压支架；前后排立柱受载经常不均，在同样煤层地质条件下要求其工作阻力和支护强度应高于掩护式液压支架；液压系统中的动力缸和控制元件多，操作较复杂，影响移架速度。,第二节 液压支架工作原理和分类,第三节 液压支架结构,液压支架按适用工作面截高范围分薄煤层支架、中厚煤层支架和大采高支架。根据液压支架在工作面的位置分工作面支架、过渡支架(排头支架)和端头支架。按适用采煤方法分一次采全高支架、放顶煤支架、铺网支架和充填支架。按控制方式分为本架控制支架、邻架控制支架和成组控制支架。,一、薄煤层液压支架 根据煤层厚度分类，薄煤层截高为0.51.3m。薄煤层支架结构特点：,第三节 液压支架结构,薄煤层支架结构特点：,1伸缩比大 立柱多采用双伸缩立柱，薄煤层支架高度低、操作不太方便，立柱很少用带机械加长段结构。为满足大伸缩比要求，特别是掩护式支架，立柱倾角较大，在低位状态工作时，支护效率较低。,2人行通道困难 在瓦斯含量大，对通风有特殊要求的综采工作面，大多设计成双人行通道。支撑掩护式支架，前立柱前留有人行通道，在前、后立柱间再设计行人通道；掩护式支架，立柱前后各设一通道，利于通风，便于行人。对于通风没有特殊要求的综采工作面，大多设计成二柱掩护式液压支架，在柱前设置人行通道。,第三节 液压支架结构,3梁体薄 伸缩比大，最低高度很低结构件设计既要满足强度要求，又要截面高度尺寸尽可能小结构件多采用高强度钢板、箱型结构，顶梁前部有的设计成板式结构，甚至是几层弹簧钢板叠加。,4结构交叉布置 薄煤层支架在最低位置时，高度低，结构件除尽量薄之外，结构件间尽量采用空间交错布置前连杆大多设计成单连杆，后连杆设计成双连杆，在最低位置时前、后连杆可以侧投影重叠而不干涉。底座设计成分底座、活联接，左、右底座中间为推移机构布置的空间。对于掩护式支架，平衡千斤顶和推移千斤顶采取交错布置。柱前多为人行通道，支架推杆前部大多设计成板式，厚度5070 mm。人行通道要求最小宽0.6m，净高0.4m。,第三节 液压支架结构,5简化结构 支架结构要尽量简单，以减少事故，顶梁可设计成整梁，适当加宽顶梁宽度，一般可不设置活动侧护板。,第三节 液压支架结构,6提高控制系统自动化 工作面行人困难操作系统最好实现成组控制、自动控制或邻架控制，以减轻工人体力劳动和提高安全程度、工作效率及产量。,ZY1800/05/14S型掩护式液压支架,第三节 液压支架结构,1顶梁 整体顶梁，不带活动侧护板，顶梁宽度1400mm。支架配刨煤机作业，为减少空顶距，顶梁带伸缩梁，行程600mm。伸缩梁不伸时，立柱上铰点位置使顶梁前后比为2.2:1；伸缩梁伸出时，前后比为2.9:1。,1顶梁 考虑对底板比压的影响确定立柱上铰点位置，本支架要求底座前端比压小于1.5MPa控制立柱上铰点垂足到底座前端距离为430mm。伸缩梁结构，为减小顶梁前端厚度，伸缩梁和伸缩梁千斤顶采用前、后连接方式布置。,第三节 液压支架结构,2底座 底座为分底座，前端采用活连接，后端通过整体后连杆将底座后端联在一起左、右底座前端可分别微量抬起以适应不平底板。右底座外侧设计有一框架，框架内装定量推进器，框架也可控制底座下滑，起导向作用。,3紧凑设计 左、右底座中间设置厚60mm的板式推杆，后上部重叠布置推移千斤顶；后连杆为整体连杆，以保证支架刚度；前连杆设计成单杆，布置在推移千斤顶上方。两立柱作用在左、右底座中心处，两平衡千斤顶布置在推移千斤顶和立柱中间支架在最低位置时，构件空间交错。,第三节 液压支架结构,4操作方式 推输送机和拉支架分段成组进行，一组10节或20节中部槽同时一次定量推进。推输送机时，伸缩梁定量跟踪伸出，以免空顶距太大。拉支架是1、3、5、7、9一组同时前移，然后是2、4、6、8、10一组亦同时前移。移动步距可以一组步距300mm，另一组600m为一步，需根据顶板状况决定。支架既能成组控制，也可以每架手动操作。,第三节 液压支架结构,第三节 液压支架结构,1适应“三软”条件的液压支架设计 三软：顶板软，易冒落；煤层软，易片帮；底板软，底板允许的比压小于6MPa。,1)架型选择“三软”条件支架宜选用掩护式和插腿式掩护支架顶梁较短，支架支撑的合力靠近煤壁，使靠近煤壁处支撑能力较强，也有条件改善底座对底板比压。,2)关键部件设计(1)顶梁设计 顶板软支架顶梁尽可能短，如插腿式掩护支架。顶梁短，减少对顶板反复支撑次数，减轻其破碎度，使顶梁不易冒空。,二、中厚煤层液压支架适用于煤层厚度1.33.5m的支架。,第三节 液压支架结构,顶梁带伸缩梁，当煤壁出现片帮时，及时伸出伸缩梁，维护新裸露的顶板，避免或减缓出现架前冒顶事故。顶梁带有护帮板，护帮板伸出可以护住煤壁，有利于阻止煤壁片帮。护帮板和伸缩梁组合设计是防止煤壁片帮冒顶比较有效的结构。,(2)底座设计 底座是支架的基础，必须有足够的强度和刚度。底座还起传力作用，合力作用点位置决定底座对底板比压的分布规律。减少底座前端对底板的比压是追求的目标之一。控制底座支反力在底座上作用点位置，可减少底座前端对底板的比压。对于掩护式支架，立柱上铰点在底座上垂足距底座前距离，对于软底板应大于500mm。如有可能，此值越大，底座前端对底板比压越小。,第三节 液压支架结构,第三节 液压支架结构,(2)底座设计支架在实际工作时，底座和底板的摩擦系数f=0.15左右出现的几率较大，就是说底板对底座的支反力作用点还将后移。如支架高3m，立柱上铰点垂足距底座前端距离为550 mm，再加上摩擦力造成的水平分力使合力作用点后移，其值为0.45m合力作用点离底座前端距离1000mm。,第三节 液压支架结构,(3)抬底座装置设计 为在软底板条件下支架能正常行走，在支架设计上尽可能减少底板比压，同时支架也采取一些特殊设计，如抬底装置。,第三节 液压支架结构,1-撬板；2-底座；3-抬底千斤顶4-压盘；5-半环,撬板式抬底装置,在底座前端设置一副耳板，耳板上连接有包住底座前端的撬板，在底座上设置一抬底千斤顶3，千斤顶以底座2为支点，压向撬板1。在千斤顶作用下，撬板绕铰接轴转动，将底座前端抬起。撬板抬起时和底座间形成一个夹角，使底座前移阻力减小，易于拉架。,邻架提底座装置 实际生产中，有的底板遇水泥化，支架行走困难，抬底千斤顶行程受限制不能奏效，采用以邻架底座为支点的“拐杖”式抬底方法。两个大行程千斤顶上部连接在要移动支架的顶梁上，下部支在邻架底座上。这两个千斤顶给初撑力后，将要行走的支柱降柱，由于顶梁被这两个“拐杖”支住，无法下降，底座势必抬起，容易拉架。千斤顶行程较大，一般较为有效，只是辅助时间长。,第三节 液压支架结构,第三节 液压支架结构,(4)掩护梁设计 掩护式支架的掩护梁比较长，且和水平线夹角比较小，掩护梁在水平线上投影大于顶梁在水平线上投影。掩护梁长，水平线夹角又比较小，掩护梁上堆积的矸石比较多，也就是说掩护梁上又增加一个重力，在此力作用下，将使顶梁上合力作用点后移，其结果是减少底座前端对底板的比压，这是“三软”支架设计的原则之一。,“三软”条件下使用的掩护式支架，其掩护梁长度和夹角设计十分重要具有调整顶梁上合力作用点位置的能力，此能力大小根据需要及可能做到的程度确定。设计“三软”条件下掩护式支架的掩护梁夹角，除要考虑掩护梁上要堆积一定量矸石，以求调整底板比压外，同时要考虑掩护梁上滑矸的能力 在支架设计中，掩护梁在支架最低工作高度时，掩护梁和水平线夹角不得小于17o。,第三节 液压支架结构,第三节 液压支架结构,2适应坚硬顶板的液压支架设计 坚硬顶板工作面顶板不易冒落，直接顶或基本顶悬顶时间长。一旦冒落，瞬间顶板压力显著增大，支架立柱安全阀来不及释放，立柱可能遭破坏。,(3)支架掩护梁间的密封可严些，顶梁架间密封要求不十分严格，因为顶梁间漏矸的可能性较小。,第三节 液压支架结构,(4)设置大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大安全阀流量的选择应考虑立柱缸径、冲击载荷来压程度。对于有冲击载荷的顶板，如不采取顶板处理措施，立柱应安设一大一小两个安全阀确保支架安全。,第三节 液压支架结构,(5)考虑冲击载荷影响，提高支架结构件安全系数，至少比通常支架安全系数提高20%。(6)考虑支架可能承受的水平方向冲击力。支架结构件设计，摩擦系数取值考虑f=0.4时水平力对支架强度的影响。(7)顶梁侧护板采用折页式，后连杆在低位时和水平线夹角为负值。,3适应高产高效要求的支架结构设计 高产高效工作面对液压支架要求：(1)支架结构简单、可靠性高(2)支架在操作中，辅助时间应尽量短，采用手动快速移架系统单机操作，每架操作时间应不大于10s；采用电液控制系统，实现工作面支架成组程序控制。,第三节 液压支架结构,(3)支架适应能力强。对小的断层、地质构造，支架不需采取特殊措施即可移架、行走、支护顶板；对支架前少量的浮煤不需处理，支架即可顺利行走；对于进入架内浮煤，支架不需特殊处理即可正常操作。,ZY4000/14/32型掩护式支架,(1)整体顶梁，以增加靠近煤壁处的支护能力。整体顶梁无法下井，顶梁设计成双销式机械连接的整体顶梁。运输时将铰接梁前销拆下，前梁下垂，减少支架运输长度。顶梁前端设计有潜入式伸缩梁，伸缩量600mm。,(2)在支架工作高度内掩护梁与水平线夹角720330。前连杆设计成单杆和立柱重合布置，既可减少运输长度又可提高下柱窝断面处的强度。(3)底座前端采用封底式，适应软底板。为提高抗扭能力，底座前部大过桥设计。为增加刚性，底座后部中间设计成箱型结构，左、右两部连成整体，增强支架抗扭能力,第三节 液压支架结构,第三节 液压支架结构,(4)底座后部设计后调千斤顶，当支架后部下滑时，通过后调千斤顶把支架调正。(5)设计有抬底千斤顶，个别支架底座陷底时，抬底千斤顶将底座抬起前移。(6)支架设计有防倒、防滑预留耳座和必要的附件，当需要采取措施时可以装上防倒、防滑装置。,(7)采用短推杆结构。千斤顶和推杆前后布置，千斤顶采用浮动活塞或差压原理实现拉架力大、推溜力小要求。,1-推移千斤顶2-差压组合阀,第三节 液压支架结构,差压阀2由单向阀和交替单向阀组成。推溜时，高压液体经单向阀进入千斤顶大腔，同时推动交替单向阀进入千斤顶环形腔高压液体同时进入千斤顶大腔和环形腔，在两腔同时产生液压力实现推溜。拉架时，高压液体经交替单向阀进入千斤顶环形腔，同时打开大腔的单向锁，使大腔液体流出，在环形腔液压力作用下，实现拉架。,第三节 液压支架结构,ZZ4400/17/35型支撑掩护式支架,为日产七千吨综采成套设备研制。结构高度1.73.5m，宽度14301600mm，中心距1500mm，支护强度0.630.66MPa，初撑力34943880 kN，对底板比压0.882.18MPa，移架力553kN，推溜力247kN，移架步距800mm。,(2)采用整体底座和整体顶梁结构形式，支架操作系统简化，便于提高移架速度。为运输方便，缩短支架运输时纵向长度，掩护梁外形尺寸尽可能缩短。,第三节 液压支架结构,(3)适应采煤机截深由0.6m加大到0.8m推移装置行程0.9m。(4)主要结构件选用16Mn板材，可免去焊前预热工作，改善工艺性能，有利于保证部件的焊接强度和可靠性。(5)液压系统采用大通道、大流量用两条主供回液路的闭合供液系统，保证足够流量，减少工压力损失。,三、大采高液压支架,最大高度大于或等于3800mm，用于一次采全高工作面的液压支架。大采高支架设计的重要技术要求：保证支架的稳定性和对大采高煤层的适应性。,第三节 液压支架结构,(1)支架四连杆机构销轴与销孔配合间隙是影响支架横向稳定性的重要因素。销轴与销孔最大配合间隙小于1.7 mm。在空载条件下，支架处于最大高度时，顶梁水平状态相对底座中心线最大偏移量应小于80mm。,第三节 液压支架结构,(2)必须设置防倒调架装置或预留连接耳座。可将工作面排头3架支架组成“锚固站”，作为全工作面支架保持横向稳定性的基础。排头支架组一般具有3个功能：前调：第1、2架和第2、3架的底座前端分别用前调千斤顶连接，以保持支架底座前部的位置正确；防倒：第1、2架和第2、3架的顶梁分别用防倒千斤顶连接，以控制排头支架不倾倒；防滑：第1架底座下侧面与第3架底座后端用防滑千斤顶和圆环链连接，以确保第一架底座不下滑。,(3)大采高支架一般应设置双向可调的顶梁和掩护梁活动侧护板，侧推力应大于支架重力。侧护板弹簧筒应有足够的推力，或者在千斤顶液压管路上安设限压阀，以保证大采高支架受横向水平力时保持相邻顶梁之间的正常距离。侧护板限压阀应具有立柱升柱时闭锁和降柱时自动卸载的功能，以保证顺利移架。,第三节 液压支架结构,第三节 液压支架结构,(4)大采高支架应设置底座调架机构 工作面支架每架设置一组调架机构，一般安装在底座后部。底调装置的推力应大于支架的重力。当支架支撑时，用底调装置顶住邻架底座，防止支架横向滑移；当支架移架时，用底调装置调整支架与邻架的间距。(5)当支架最大高度大于4.5m时，在矿井运输和配套条件允许情况下，优先采用支架中心距1.75m；底座宽度在保证移架时不咬架的前提下，尽可能加宽，以提高支架的横向稳定性。底座宽度一般为中心距减去100150mm。中心距1.5m时，底座宽度一般13501400mm；中心距1.75m时，底座宽度一般取16001650mm。,(6)必须设置护帮装置，护帮高度不小于800mm。必要时设置二级护帮板，最大护帮高度可达2m以上。,第三节 液压支架结构,第三节 液压支架结构,ZY6000/25/50型掩护式液压支架 配套大截面刮板输送机和滚筒采煤机，截深1m，配套生产能力日产1.5万吨。,第三节 液压支架结构,ZZ6000/25/50型支撑掩护式支架,(1)采用分式铰接顶梁，双160缸径的前梁千斤顶，前梁支撑力大，对顶板适应性强；(2)经过总体参数优化设计，支架结构受力合理，梁端距变化小；(3)支架具有双人行通道，通道宽畅；,第三节 液压支架结构,(4)快速移架液压系统；(5)支架切顶能力大，抗冲击能力强；(6)4根230mm缸径双伸缩立柱，调高范围大；(7)结构件采用高强度钢板，按高可靠原则设计；(8)4根缸径80mm、行程200mm侧护板千斤顶和140mm缸径的底调千斤顶，调架力大。,第三节 液压支架结构,四、特种液压支架(一)铺网液压支架,液压支架中带有铺网机构的支架，简称铺网支架。铺网支架在厚煤层分层开采时使用，在支架结构上与普通支架有很多相同之处，区别主要在支架后部。铺网支架后部带有尾梁、摆杆、铺网机构等，在支架的后部要提供铺联网作业的空间。,铺网支架与普通支架相比特点：1支架高度 普通支架高度根据煤层厚度确定，铺网支架高度确定主要考虑因素:(1)煤层厚度 在支架选型和设计时，使支架截高与煤层厚度相匹配，支架截高与煤层总厚度成整数倍关系，再考虑200mm的富裕量即为支架的最大高度。(2)使工作面易于管理 铺网支架采高多为3.3m左右，在这种高度下，工作面容易管理，提高产量。支架的最大高度为3.5m。(3)考虑支架整体运输 支架在井下能够整体运输，搬家方便。,第三节 液压支架结构,2支架后部