支撐掩護式液壓支架的選型思路

米發(fā)金

支撐掩護式液壓支架的選型思路

米發(fā)金

本文簡述了支撐掩護式液壓支架的主要特點；介紹了液壓支架基本結(jié)構(gòu)部件形式的選擇思路；闡述了各主要參數(shù)的選擇計算方法。

支撐掩護；初撐力；周期來壓；伸縮比；四連桿；鉸接

支撐掩護式支架是在支撐式支架與掩護式支架后發(fā)展起來的一種支架，它可以在破碎頂板、中等穩(wěn)定頂板、穩(wěn)定頂板和松軟頂板等條件下適用。支撐掩護式支架主要是以支撐為主，同時兼有掩護作用的支架，它具有以下特點：

1)支撐能力大，頂梁受力狀態(tài)好，切頂性能強；

2)具有掩護梁，能有效地將工作區(qū)和采空區(qū)分開，防止矸石竄入；

3)支架穩(wěn)定性較好，有較大的工作空間，便于通風(fēng)和行人；

4)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，鋼材用量多，造價高。

1 液壓支架基本結(jié)構(gòu)部件的選型

1.1 頂梁的結(jié)構(gòu)形式與選擇

支架常用頂梁形式有三種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。其中鉸接頂梁的前端稱為前梁，后段為主梁，一般簡稱頂梁。

整體頂梁具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好等特點。為改善接頂效果和補償焊接變形，整體頂梁前端（800～1000mm）一般上翹1～3°。

鉸接式頂梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，可以上下擺動、對不平頂板的適應(yīng)性強。鉸接式頂梁的支撐面積大，對斷面及其頂板的支撐切頂性能好，因而適用于頂板中等穩(wěn)定以下的支撐掩護式支架。

1.2 護幫裝置形式的選擇

護幫板是提高液壓支架適應(yīng)性的一種常用裝置。

護幫板的形式有：①簡單鉸接式；②四連桿式。

簡單鉸接式和四連桿式挑起力矩與千斤頂推力之比R：簡單鉸接式一般為70～80mm，四連桿式一般為150～250mm，后者是前者的2～3倍。由此可見，四連桿式護幫板是提高支架適應(yīng)性的有效裝置。但是，四連桿式機構(gòu)的連桿受結(jié)構(gòu)限制，容易損壞。

1.3 支架側(cè)護板形式的選擇

支架側(cè)護板裝置一般由側(cè)護板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。支架常用的活動側(cè)護板形式有直角式和折頁式兩種。

1)直角式

直角式側(cè)護板又分為直角式單側(cè)活動板和直角式雙側(cè)可調(diào)的活動側(cè)護板。

適用條件：幾乎所有的支撐掩護式支架都可采用；既可用于頂梁，也可用于掩護梁。

2)折頁式

適用條件：主要用于頂板比較穩(wěn)定或堅硬頂板條件的支撐掩護式支架，只能用于頂梁。

1.4 底座

液壓支架常用的底座形式有三種，即整體剛性底座，底分式剛性底座和鉸接式分體底座。

1)整體剛性底座

整體剛性底座，其中檔前部一般有一高低為50～100mm小箱形結(jié)構(gòu)，中檔后部上方為箱形結(jié)構(gòu)，推移千斤頂一般安裝在箱形體之下。一般用于軟底板條件下工作面支架。

2)底分式剛性底座

底分式剛性底座是中分式的，中檔推移機構(gòu)直接落在煤層底板上，前立柱柱窩前有過橋，中檔后部上方為箱形結(jié)構(gòu)。但底分式剛性底座的接觸面積小，增大了對底板的比壓。

3)鉸接分體式底座

鉸接分體式底座分為左右相對獨立的兩部分，對底板不平的適應(yīng)性好，減少了底座的扭轉(zhuǎn)和偏載載荷，但支架的整體剛性有所下降。

1.5 推移裝置的形式選擇

推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。

1)短推移桿

短推移桿是由鋼板組焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕，被廣泛采用。

2)長推移桿

長推移桿常用形式有框架式、整體箱式和鉸接式。

一般框架式長推移桿由前后兩端組成，前段為箱式結(jié)構(gòu)，后段為雙桿式結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向塊。框架式長推移桿適用于中型以下的支架。

整體箱式長推移桿，一般是由鋼板組焊接而成的整體箱式結(jié)構(gòu)件，它的結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好，防止支架和輸送機下滑的性能好。

鉸接式長推移桿一般由前后兩段箱式結(jié)構(gòu)組成，中間通過十字連接頭鉸接，可以上下左右擺動。它解決了整體箱式長推移桿不便更換的缺點，兼有短推移桿和長推移桿的雙重特點。

2 主要參數(shù)設(shè)計

2.1 支架的最大高度和最小高度

支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采取范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大（H m）與最小（H n）高度為：

Hm ≥ hm + S1

Hn ≤ hn –S2 –a–σa

式中：hm——煤層最大高度；

hn——煤層最小高度；

s1——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度一般取2 0 0-3 0 0 m m；

s2——頂板周期來壓時的最大下沉量、移架使支架的下降量和頂梁上、底座下的浮矸、煤層厚度之和，一般取250-350mm；

a——移架時支架的最小可伸縮量，一般取5 0 m m；

σa——浮矸石、浮煤層厚度，一般取50mm。

若支架最大采高為2400mm，最小采高為1600mm，由上算得 Hm = 2600mm，Hn = 1400mm。

支架的伸縮比是最大高度與最小高度之比值，即：

Ks = Hm / Hn = 2.6/1/4 = 1.86

Ks值的大小反映了支架對煤層厚度變化的適應(yīng)能力，其值越大，說明支架適應(yīng)煤層厚度變化的能力越強，采用單伸縮立柱，Ks值一般為1.6左右。為了降低造價，此處選擇帶機械加長桿的單伸縮立柱，其伸縮比可打到2.5，滿足要求。

2.2 梁端距b和頂梁長度的確定

梁端距取決于采高，為了防止采煤機與支架相碰，一般采高為1.3～3.5m，取b=0.2～0.35m；采高為3.5～5.0m，取b=0.3～0.45。這里取b=0.3m。

頂梁長度受支架形式、配套采煤機械截深（滾筒寬度）、刮板輸送機尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護方式等因素的制約。

頂梁長度=（配套尺寸+底座長度+L1cos β1）-（L1cos α 1+300+e）+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm）。

式中：配套尺寸——包括采煤機、運輸機、支護方式等相關(guān)尺寸，采用即時支護方式時，頂梁長度增加一個步距，一般為600mm；

e——支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；

α1、β1——支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角。

2.3 支架的中心距和寬度

支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。

支架寬度的確定應(yīng)考慮支架的運輸、安裝和調(diào)架等要求。通常最小寬度取9 0 0～930mm，最大寬度取1070～1100mm。

2.4 底座長度

支撐掩護式支架的底座長度一般為4倍的步距，即為2.4m。

2.5 底座寬度

支架底座寬度一般為1.1～1.2m。為提高橫向穩(wěn)定性和減少對底板比壓，厚煤層支架可加大到1.3m左右。

2.6 立柱位置的確定

支撐掩護式支架立柱一般為4根，立柱間人行道寬度不小于700mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置。一般立柱在最高工作位置時，立柱軸線與頂梁垂線的夾角小于10°，由于夾角較小，有效支撐能力較大。

一般情況下，前立柱中心至梁端長度為1.9-2.5m，上柱窩至前梁千斤頂較點的長度為800mm左右，后柱中心至梁端部距離應(yīng)大于擋矸裝置的尺寸，一般取300～800mm。后立柱下柱窩至后連桿和底座鉸點的距離一般為1000～1100mm，前后立柱下柱窩間距為800～1000mm。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.080