采煤工作面液压支架的选型.docx

辽宁工程技术大学采掘机械综合训练（二）题目：液压支架选型设计班级：矿电11-3姓名：李广达指导教师：师建国完成日期：2014.12.24综合训练任务书一、设计任务及要求(1)根据所给原始数据进行液压支架选型的详细计算;(2).编写综采工作面液压支架选型设计说明书；(3)工作面液压支护设备配套关系图设计原始数据及条件：煤层厚度截割阻抗A(N/mm)煤层倾角顶板条件工作面长度(m)设计产量(万Ta)生产安排HmaxHmin老顶直接顶1.71.438016Ill级2类2202001.一年工作日按300天计算2.实行三班工作制，两班采煤,一班准备，每天生产16小时。二、上交材料(1)设计图纸(综采工作面设备配套关系图)(2)设计说明书三、进度安排(参考)(1)熟悉设计任务，收集相关资料(2)拟定设计方案(3)绘制图纸(4)编写说明书(5)整理及答辩四、成绩评定1确定液压支架的选型错误!未定义书签。1.1 确定架型错误!未定义书签。1.1.l顶板分类（级）错误!未定义书签。1.1.2架型与支护强度初选错误!未定义书签。2主要参数计算和支架型号的确定错误!未定义书签。2.1支架高度错误!未定义书签。2.2顶梁长度错误!未定义书签。2.3底座的宽度错误!未定义书签。2.4支架中心距错误!未定义书签。2.5支架移架步距错误!未定义书签。2.6支护强度和工作阻力错误!未定义书签。2.7初撑力错误!未定义书签。2.8移架阻力及推溜力错误!未定义书签。2.9确定支架型号错误!未定义书签。3、性能验算错误!未定义书签。3.1底板比压校验错误!未定义书签。3.2工作阻力（支护强度）和初撑力的验算错误!未定义书签。3.3顶板覆盖率104、支架布置台数错误!未定义书签。5乳化液泵站的选型H5.1乳化液泵115.1.1泵站压力的确定115.1.2泵站流量确定135.1.3选择乳化液泵145.2乳化液泵的电机功率155.3乳化液箱容积的验算165.4乳化液176防护装置17参考文献171确定液压支架的选型1.1 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。1.1.1 顶板分类（级）直接顶分为四类，见附件Io老顶分为四级，见附件Io1.1.2 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，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。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2.52.8m（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。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。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I%216的丝软底板为098Mpa左右）。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。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58病和20min以下时，暂不宜采用液压支架。根据附录1初选四柱支撑掩护式支架。2主要参数计算和支架型号的确定2.1 支架高度一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，然后确定支架的高度。支架最大结构高度Hmax=Mmax+S1支架最小结构高度Hmin=Mmin-S2式中MmaX,Mmin煤层最大、最小采高，mm；Sl一一考虑伪冒顶落的最大厚度，对于大采高支架取200-400mm,对于中厚度煤层支架取20030Omm,对于薄煤层支架取100-200mm;S2考虑到周期来压是的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上地板下的浮砰之和，对于大采高支架取500-90Omm,对于中厚度煤层支架取300-400,对于薄煤层支架取150-250mmoHmax=1900mmHmin=1200mm支架最大结构高度与最小结构之比称为支架的伸缩比，即Ks=HmaxHmin=1.58KS值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，说明支架适应煤层厚度变化的能力超强。采用单伸缩立柱，KS值一般为1.6左右。若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱，其KS值一般为2.5左右。薄煤层支架可达3。2.2 顶梁长度顶梁长度取决于必要的作业空间和通风断面要求，还与支架方式有关。支护方式有超前支护和滞后支护两种方式。根据选定的架型和支护方式，来估算所需支架的顶梁长度（范围），以供确定支架型号作参考。支撑掩护式，如图2-1所示。顶梁全场：l=bl+b2+b3b=A+y+d+-"tga-c式中：A,y,d,”,c同前；铲煤板铲尖到煤臂的距离，取150mm；y=F+G+J+VF铲煤板宽度，一般取150240mm,取200mm；G中部槽宽，查特征表取722mm；J导向槽宽度，无链牵引时尚有齿轨部分宽度，取400mm；V电缆槽宽。参数查不到时可估算V=350450mm；d超前移架时取>截深，取800mm；图2-1H采高，1.55m；a立柱倾角,20；c梁端距，取250350mm。由结构而定，考虑支架稳定性和减少底座前端的比压。a>300mm；%通常%=o.91.2m,在中厚煤层中可设置为人行道;%由结构而定，一般情况为300500mm。计算得顶梁全长为3971mm。注：1.顶梁的长度和宽度取决于支架的类型，它影响支架与顶板的接触性能、控顶距、移架速度和稳定性，一般在保证一定的工作空间和合理布置设备的前提下，应尽量减小顶梁长度，以缩小控顶距和支架的重量。对于支撑式和支撑掩护式支架，由于立柱为双排布置，支撑力较大，故这类支架的顶梁较长，当采用滞后支护时，顶梁全长为2.5m左右；当采用及时支护时，顶梁全长为3.04.0m0对于掩护式支架，由于一般用于破碎顶板，应尽量减小支架对顶板的重复支撑次数，加之立柱多为单排布置，故顶梁长度较小，通常1.52.5m,最大达3m左右。顶梁的宽度应根据支架间距和架型来定。我国规定支架标准中心距为1.5m。掩护式和支撑掩护式支架包括侧护板在内的顶梁宽度为1.41.6m（下限为侧护板收缩时的运输宽度，1.5m为支架的正常宽度，1.6m为调架时侧护板伸出后的最大宽度）。垛式支架的架间距一般为0.10.2m02.3 底座的宽度支架底座宽度一般为l.l1.2m°为提高横向稳定性和减小对底板比压，厚煤层支架，可加大到1.3m左右，放顶煤支架为1.31.4m°底座中间安装推移装置的槽子宽度，与推移装置的结构和千斤顶缸径有关，一般为300380mm02.4 支架中心距支架中心距有1.25m,1.5m,1.75m,2.05m,与刮板输送机溜槽长度相适应。取1.5m。2.5 支架移架步距与配套采煤机截深相对应，推移装置的行程要大于采煤机的截深。取800mm）2.6 支护强度和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。下面为计算经验公式：q=KH×WMpa式中：K一作用于支架上的顶板岩石系数，一般取58,取6。顶板条件好、皱起来压不明显时取下限，否则取上限；H一采高，计算取1.55m；/一顶板岩石密度，一般取2.3XCkg/ml计算得q=0.25Mpa放顶煤支架的支护强度一般为0.50.7MPa0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。P=F×10kN式中F一支架的支护面积，m2o可按下式计算F=(1.+C)(B+K1)=(1.+C)A,m2式中1.一支架顶梁长度，取4m；C-梁端距,0.1-0.35m,取0.2；B一支架顶梁宽度，1.5m；K一架间距，0.1m；A一支架中心距，1.5m。F=6.75m2P=1575kN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。所以支架立柱的总工作阻力为P总='，&N支撑式支架的7=100%,支掩护式和支撑掩护式支架取=80%左右。P总=1968.8kN2.7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6085%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%。综上所述，取初撑力为工作阻力的80%,为1575KN。2.8 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150300kN;厚煤层支架为300400kN0由此可知，取推溜力为150kNo2.9 确定支架型号根据以上所确定的架型和计算的参数，查支架技术特征表选择支架。注：采高达到2.52.8m以上时，需要选择带有护帮装置的液压支架。要考虑是否需设防倒防滑装置。我国缓倾斜煤层工作面顶板分类方案中规定：煤层倾角大于10°,支撑式支架应带有防滑装置；煤层倾角大于15°,掩护式和支撑掩式支架应带有防滑装置；煤层倾角大于18。，各类支架都应带有防倒装置；考虑到支架对底板的最大比压，防止支架底座会被压如底板。查表可知初选ZY2400/09/20型掩护式液压支架。特征参数如下：支撑高度(m)中心距(m)工作阻力(KN)初撑力(KN)支护强度(Mpa)底板比压(Mpa)适应角度(0)质量(t)0.9-2.01.5240021850.41-0.461.0532°7.53性能验算3.1 底板比压校验顶板压力是通过顶梁、支柱传到底板的，如底板的抗压如强度小于支架所要求的抗压强度，则支架底座会被压如底板。因此，合理的选择支架对底板的最大比压(支架技术特征表中可查)，是支架选型中一个很重要的指标，特别对于底板松软的工作面更为重要，必要时应进行测定和计算。计算公式如下：q>qm*K*K2式中：q实测底板的最小抗压入强度，kgcm2；Ki底板载荷集中系数，一般取3；勺洒水影响系数，一般取1.21.6；qm支架对底板的最大比压，可由支架特征表可知道qm=1050kgZcm2。q>qm.2=4410kgcm2o由此可知所选型号满足条件。我国煤田一般顶底板单轴抗压强度试验数据岩石类别抗压强度（Ag/C/）细砂岩10601460砂岩类中粒砂岩8751360粗砂岩5801260粉砂岩370560砾岩类沙砾岩7101240砾岩820960页岩类砂质页岩400920砾岩190400灰岩石灰岩54016103.2 工作阻力（支护强度）和初撑力的验算对于掩护式和支撑一掩护式支架、立柱，多为倾斜布置。因此，工作阻力和初撑力随支架的工作高度的不同而不同。高度大，支撑力大，支架的技术特征大多给出的是最大值（在最大高度下）。为此，对于立柱倾角比较大时，需验算该支架用于这个采高下的工作阻力和初撑力，即：所选定的支架在H采高时的支撑力（支护强度）2计算值。由此可知选型满足条件。3.3 顶板覆盖率07=-×100%支架顶梁对支护面积的覆盖率为+c)(B+j式中：S覆盖率；B顶梁宽度，取1.5m；Kl支架间距，0.1m；1.顶梁长度，4m；C梁端距，0.2m；Kl由侧护板的支架取0.1m,无侧护板的支架取0.10.2m。%覆盖率应符合顶板性质的要求，一般不稳定顶板不小于85%95%;中等稳定顶板不小于75%85%;稳定顶板不小于60%70%o计算得S=85.6%>85%。满足条件。4.支架布置台数n=1.A式中：n支架布置台数；1.工作面长度，220m；A台支架支护宽度，通常为1.5m。则=220/1.5=1475乳化液泵站的选型5.1 乳化液泵乳化液泵站是采煤工作面液压支架的动力源，一般由两台乳化液泵、一个或两个乳化液箱，以及相应的电机、电控、保护原件所组成。在选择泵站时主要的指标是满足液压支架所要求的泵站工作压力，以保证支架有足够的初撑力。另外，为保证液压支架的升降和工作面的支护速度，乳化液流量也是一个重要的因素。目前泵站的乳化液流量有逐渐向大流量发展的趋势，以获得较高的支护速度。5.1.1 泵站压力的确定根据初撑力的要求小卢仁TCn2-Dn4MPa式中：与确定的支架初撑力，1575kN;D支架立柱缸径，0.2m；支架立柱个数n=2.K'考虑到立柱倾斜布置等因素的修正系数，1K'cos,。为立柱倾斜角度75；8由初撑力确定的泵站压力。则：=19MPa根据拉架力和推溜力的要求拉架力和推溜力的计算应根据支架所采用的推拉方式具体考虑。例如：框架式推拉方式，则有：P技%n2以二4IMPa式中：a确定的拉架力，306kN;R推拉油缸缸径，0.14m；由拉架力确定的泵站压力，(N)。则：P；=15MPaPE()l-d2)5=4MPa式中：尊确定的推溜力，178kN;d推拉油缸活塞杆直径，0.08m；由推拉力确定的泵站压力。则：玲=17MPa即：AmaX=MAX19,15,17=19MPa,>再考虑压力损失，得所需的泵站压力?：BmaX&二20.9MPa（压力损失系数Kl=1.I1.2）5.1.2泵站流量确定确定的原则是：液压支架的移架速度2采煤机的工作牵引速度（这样才能保证连续、安全地进行生产），即：式中：!采煤机工作牵引速度；U移支架的移架速度。即：单位时间内移动支架的数目，它反映了沿采煤机牵引方向的距离。A_=7式中：A台支架支护宽度，一般为1.5m；t移架时间，=4+G。乙为降架、移架、升降的动作时间（供液时间）；G为操作调整时间，一般约为0.30.5min架。"与移架千斤顶、立柱、调架千斤顶的缸径和行程以及乳化液泵站的流量有关。4严+2（ZV4+碎2川XUz=41.Q，b（分/架）式中：Q,h所需乳化液泵的额定输出流量，（/min）；d、/移架千斤顶缸径和行程。dg0.14m,0.70m；口、1.'前探梁短柱缸径和移架时升降行程。右约为0.16m；02、4立柱缸径和移架时升降行程。降架移架时Z为o.I*带压移架时4=0；升降的立柱个数。A即有：z'+z2从此式中可求出C=69.3"Inin。5.1.3选择乳化液泵根据丹和C选择RB125/25型液压泵和RX-100O乳化液箱，泵站配备3泵（两用一备）2箱方式工作，具体参数如下：公称压力/MPa25柱塞数量/个3公称流量/1.min125乳化液箱不锈钢电机功率/Kw55有效容积/1.640电压/V/注：说明一点，若现有的泵站流量满足不了°；的要求，则适当选一型号，并可采取一些措施提高移架速度。减少操作调整时间2,提高工人的操作水平和适当增加操作人员。采用不同的移步方式，以保证U移，匕的要求。常用的移步方式有顺序和交错移步。前者移架速度小于后者，故在条件允许下可采用交错移步，以提高U移。顺序移步：支架沿采煤机牵引方向依次迁移，移动步距等于截深，对顶板的支护较好，操作较简单。移架速度为：A喉2此次设计是顺序移步，v=6.43mmin,满足要求。交错移步：支架呈交错布置，隔架前移，移动步距为两个采煤机截深，减少了对顶板岩层的多次作用。这种移步方式的缺点是增加了工作面空间没支护的面积，支架立柱排间的行人通道易堵塞。此方式多用于顶板比较稳定的煤层，由于只移一半支架，移架速度比较快。移架速度为：2AU移二25.2 乳化液泵的电机功率612”(kw)式中：Pb选用乳化液泵的工作压力，(25g/cm?)；Qb选用乳化液泵的流量，(125min);乳化液泵的总效率，0.70.80即：N=7.1(KW)5.3 乳化液箱容积的验算乳化液箱应能容纳以下三部分流量，即：VH匕式中：=3a+,(/)；3Qb三分钟泵的流量，U);0V幺箱底存液量，计算时取5；匕停泵时管路回流液量，(/)；式中：4、4分别为主供液和主回液管的内径和长度;4查Ip219表103,(cm)；4取工作面长度，(cm)。匕煤层厚度变化造成的液量差：v-D2Hzz2×103匕=4(/)；式中：D立柱缸径，(cm)；工作面煤层厚度变化量，(cm；梅架支架的立柱数；2同时动作的支架数。经验算符合条件。5.4 乳化液液压支架一般用乳化液作工作介质，它是由水和乳化油按不同比例配制而成乳白色液体，按其比例的不同，乳化液分两类：水包油型乳化液（ow）:乳化油含量为35%；油包水型乳化液（w/o）：乳化油含量为1540%。国内外的液压支架多用水包油型乳化液。6防护装置（1）活动侧护板。活动侧护板起挡砰、密封、支架前移时导向、防倒调架作用。活动侧护板的活动侧应在工作面倾斜方向的上方，在支架移动的过程中，与相邻下一个支架的活动侧护板共同扶持上一架支架。（2）排头支架的防倒、防滑装置。对于本次数据，煤层倾角为16。，必须配备排头支架。排头支架由35架组成，是整个工作面的基础。参考文献1采掘机械.陶驰东主编.煤炭工业出版社.2矿山运输机械.中国矿业学院主编煤炭工业出版社.3综采综掘高档普采设备选型配套图集.煤炭工业出版社.4王运敏.中国采矿手册M.北京：科学出版社，2007.5李峰，范志毅.现代采掘机械M.北京：煤炭工业出版社，2007.6陶驰东.采掘机械M.北京：煤炭工业出版社，2005.7李贵轩，李晓豁.采煤机械设计M.沈阳：辽宁大学出版社，1994.8谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备M.徐州：中国矿业大学出版社，2000.9李昌熙，高荣.采煤机M.北京：煤炭工业出版社，1988.10赖昌干.采掘运机械的控制.徐州：中国矿业大学出版社，1994.支架型式结构特征主要力学特征对图岩适应性评价整支掩式二柱支掩掩护式支架承载力较小，底板比压均匀，主动水平力较大基本顶I、【1级岩层组合护式支顶式二柱土顶掩护式支架承载力大，稳定牲好，底座尖端比压较大，对顶板的主动水平力大，前端支撑力大适应直接顶1、2、3类，基本顶1、11、D1.I级,底板Il类以上.1类底板需限制支架对底板尖端比压顶掩支Q四柱支顶支掩式稳定性好，抗水平力强，比压均匀，但支撑能力利用率低主要适应2、3类直接顶，H、Hl纵基本顶择掩护式支顶式四柱X型四柱支撑掩护式顶梁合力调节范围大，伸缩比大，承载力高承载力大，切顶能力强，比压较均匀主要适于薄屎层主要适于2、3、4类直接顶，I1.山、IV奴基本顶，底板类别不限直接顶类别基本顶来压级别底板类别液压支架121II、11支掩掩护式轻型支顶掩护式UI、U支顶掩护式支掩掩护式2I、IlI、Il支顶掩护式支掩掩护式11I、11支顶掩护式支撑掩护式31,II、IlI1、11支撑掩护式支顶掩护式411、I1.iII1.IV支撑掩护式支顶掩护式IVIlhIV强力支撑掩护式（短顶梁，大流量安全阀）