1、 液压支架设计液压支架设计第一节第一节 采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类 一、顶板组成一、顶板组成 采场围岩包括煤层上方的直接顶、基本顶和煤层下方采场围岩包括煤层上方的直接顶、基本顶和煤层下方的直接底板。的直接底板。采场围岩的机械性质和运动特征采场围岩的机械性质和运动特征对工作面支护设备选型对工作面支护设备选型和支护参数选择至关重要。和支护参数选择至关重要。煤层采动后，因顶板出现变形、断裂和垮落，煤体被压煤层采动后，因顶板出现变形、断裂和垮落，煤体被压松和发生片帮，支护设备的载荷增大和底板鼓起等原因引松和发生片帮，支护设备的载荷增大和底板鼓起等原因引起的矿山压力显现。起的矿
2、山压力显现。1-煤层煤层2-直接顶直接顶3-基本顶基本顶-冒落带冒落带-裂隙带裂隙带-弯曲下沉带弯曲下沉带第一节第一节 采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类1-煤层煤层2-直接顶直接顶3-基本顶基本顶 从开切眼向前推进，直接顶悬露面积逐渐增大，下沉和从开切眼向前推进，直接顶悬露面积逐渐增大，下沉和变形随之增大。当推进到初次垮落步距变形随之增大。当推进到初次垮落步距(从开切眼到工作从开切眼到工作面初次切顶线的距离面初次切顶线的距离)时，直接顶冒落，形成冒落带时，直接顶冒落，形成冒落带。直接顶冒落，基本顶悬露。随工作面推进，基本顶在矿直接顶冒落，基本顶悬露。随工作面推进，基本顶在矿
3、压作用下不断产生裂隙和变形，形成裂隙带压作用下不断产生裂隙和变形，形成裂隙带。当达到极。当达到极限垮落步距时发生断裂和垮落限垮落步距时发生断裂和垮落基本顶初次来压。基本顶初次来压。随工作面推进，基本顶周期垮落。在弯曲下沉带随工作面推进，基本顶周期垮落。在弯曲下沉带，裂，裂隙少，仅岩层间有离层现象，对支护设备载荷影响不大。隙少，仅岩层间有离层现象，对支护设备载荷影响不大。第一节第一节 采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类 二、顶底板稳定性特征及分类二、顶底板稳定性特征及分类 1直接顶稳定性划分直接顶稳定性划分 直接顶是工作面支架首要的支护对象。对直接顶的稳定直接顶是工作面支架首要
4、的支护对象。对直接顶的稳定性评价，是支架结构和支护参数选择的首要依据。性评价，是支架结构和支护参数选择的首要依据。影响顶板稳定性的主要因素：影响顶板稳定性的主要因素：(1)组成顶板岩石的坚硬程度和脆性特征。用单轴抗压组成顶板岩石的坚硬程度和脆性特征。用单轴抗压强度表征其坚硬程度，抗拉强度反映其脆性特征。强度表征其坚硬程度，抗拉强度反映其脆性特征。(2)顶板岩层分层厚度和分层强度沿厚度的分布。涉及顶板岩层分层厚度和分层强度沿厚度的分布。涉及刚度较大的岩层刚度较大的岩层(承载层承载层)和刚度较小的岩层和刚度较小的岩层(随动层随动层)的厚的厚度及相对关系。度及相对关系。(3)顶板岩体的完整程度。以节
5、理弱面的发育程度来表顶板岩体的完整程度。以节理弱面的发育程度来表征，包括分层厚度和节理特征征，包括分层厚度和节理特征(密度、方向、组数密度、方向、组数)。3个指标是反映直接顶稳定性的基本要素。从岩层控制个指标是反映直接顶稳定性的基本要素。从岩层控制需要出发，对直接顶的稳定性进行实用性分类。需要出发，对直接顶的稳定性进行实用性分类。直接顶初次垮落步距直接顶初次垮落步距是综合反映稳定性的指标。直接顶是综合反映稳定性的指标。直接顶初次垮落步距初次垮落步距(lz)与直接顶分层厚度、岩石单轴抗压强度、与直接顶分层厚度、岩石单轴抗压强度、裂隙密度密切相关。裂隙密度密切相关。第一节第一节 采煤工作面顶板组成
6、及其分类采煤工作面顶板组成及其分类 直接顶稳定性分类指标直接顶稳定性分类指标项目项目1类类(不稳定不稳定)2类类(中等稳定中等稳定)3类类(稳定稳定)4类类(非常稳定非常稳定)1a(极不稳定极不稳定)1b(较不稳定较不稳定)基本基本指标指标lz4m4mlz8m8mlz18m18mlz28m28mlz50m第一节第一节 采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类 2基本顶矿压显现分级基本顶矿压显现分级 基本顶基本顶(原称老顶原称老顶)指位于煤层直接顶之上，抗弯刚度较指位于煤层直接顶之上，抗弯刚度较大，较难跨落的岩层或岩层组合，其运动特征对于综采工大，较难跨落的岩层或岩层组合，其运动特征
7、对于综采工作面支架设计和选型意义重大。作面支架设计和选型意义重大。基本顶断裂对工作面压力显现的影响程度取决于：基本顶断裂对工作面压力显现的影响程度取决于：(1)基本顶初次或周期来压步距基本顶初次或周期来压步距基本顶厚度、抗拉或抗基本顶厚度、抗拉或抗压强度及被裂隙弱化程度的综合反映。压强度及被裂隙弱化程度的综合反映。(2)直接顶垮落后的充填程度，用直接顶厚度与采高的直接顶垮落后的充填程度，用直接顶厚度与采高的比值表示。比值表示。(3)采高，在直接顶厚度一定情况下，采高愈大，矿压采高，在直接顶厚度一定情况下，采高愈大，矿压显现愈强烈显现愈强烈。引入基本顶分级界限引入基本顶分级界限DL，得到基本顶压
8、力显现级别相应，得到基本顶压力显现级别相应的当量值及地质技术条件。的当量值及地质技术条件。第一节第一节 采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类基本顶压力显现分级界限及相应的典型条件基本顶压力显现分级界限及相应的典型条件项目项目基本顶压力显现等级基本顶压力显现等级 级级(来压不明显来压不明显)级级(来压明显来压明显)级级(来压强烈来压强烈)级级来压很强烈来压很强烈a来压极强烈来压极强烈b分级界限分级界限DL895895DL975975DL10751075DL1145DL1145典典型型条条件件区间区间M=1M=2M=3M=4N=12 34L037 3741L030 3034L024
9、 2427L019 1922N=12 34L0=4147 4754L0=3438 3843L0=2731 3135L0=2227 2731N=12 34L0=5472 7282L0=4358 5866L0=3546 4653L0=3141 4147N=12 34L0=82105 105120L0=6685 8596L0=5368 6878L0=4755 5562N=12L0120L096L078L062注：注：L0基本顶初次来压步距，基本顶初次来压步距，m；N直接顶充填系数，为直接顶充填系数，为直接顶厚度与采高的比值；直接顶厚度与采高的比值；M煤层开采厚度，煤层开采厚度，m 长壁工作面的开采边
10、界条件，如周围未采、一侧采空、长壁工作面的开采边界条件，如周围未采、一侧采空、两侧采空等因素对围岩应力及基本顶断裂步距有一定的影两侧采空等因素对围岩应力及基本顶断裂步距有一定的影响，特别是当基本顶初次来压步距超过工作面长度响，特别是当基本顶初次来压步距超过工作面长度1/2时，时，影响显著影响显著进行基本顶进行基本顶初次来压步距等效值初次来压步距等效值计算。计算。第一节第一节 采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类 3采煤工作面底板分类采煤工作面底板分类 对综采工作面围岩控制有重要影响的是直接底板对支架对综采工作面围岩控制有重要影响的是直接底板对支架的抗压入特性。的抗压入特性。底板
11、抗压入特性分脆性、塑脆性和塑性类型。底板抗压入特性分脆性、塑脆性和塑性类型。每种类型分增阻型和降阻型两类，共同特点是在支架未每种类型分增阻型和降阻型两类，共同特点是在支架未压入底板前，底板具有线弹性特征，具有不同的抗压缩刚压入底板前，底板具有线弹性特征，具有不同的抗压缩刚度；支架或支柱压入底板后抗压缩刚度显著降低，顶板下度；支架或支柱压入底板后抗压缩刚度显著降低，顶板下沉显著增大。沉显著增大。底板类别底板类别基本指标基本指标辅助指标辅助指标参考指标参考指标名称名称代号代号容许比压容许比压pp(MPa)容许刚度容许刚度Sp(MPa/mm)容许单向抗压强度容许单向抗压强度Rp(MPa)极软极软松软
12、松软较软较软abpp3.03.0pp6.06.0pp1010pp16Sp0.100.10Sp0.380.38Sp0.750.75Sp1.32Rp8.58.5Rp13.213.2Rp19.619.6Rp29.1中硬中硬坚硬坚硬16pp32pp321.32Sp2.82Sp2.8229.1Rp54.6Rp54.6 3采煤工作面底板分类采煤工作面底板分类 底板分类底板分类基本原则：基本原则：根据实测的底板容许极限载荷作为基本指标、底板抗压根据实测的底板容许极限载荷作为基本指标、底板抗压入刚度作为辅助指标对工作面底板进行分类，依此作为支入刚度作为辅助指标对工作面底板进行分类，依此作为支架选型和围岩可控性
13、分类的基本依据，避免支架或支柱在架选型和围岩可控性分类的基本依据，避免支架或支柱在相应类别工作面出现压入底板。相应类别工作面出现压入底板。第一节第一节 采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类 采煤工作面底板分类标准采煤工作面底板分类标准 第二节第二节 支架架型选择支架架型选择 在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上，综合分在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上，综合分析不同地质条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不析不同地质条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不同支架的结构力学特征，为支架选型提供依据。同支架的结构力学特征，为支架选型提供依据。一、液压支架选型准则一、液压
14、支架选型准则液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件：液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件：直接顶稳定性类型；直接顶稳定性类型；基本顶级别及相应矿压显现参数基本顶级别及相应矿压显现参数(初次和周期来压步初次和周期来压步距，来压时载荷，直接顶厚度距，来压时载荷，直接顶厚度)；底板类别及相应的力学参数底板类别及相应的力学参数(容许载荷强度，抗压缩容许载荷强度，抗压缩刚度刚度)；截高，煤层强度，节理方向，煤层厚度变化等；截高，煤层强度，节理方向，煤层厚度变化等；煤层倾角和工作面推进方向；煤层倾角和工作面推进方向；瓦斯等级和必需的通风断面等。瓦斯等级和必需的通风断面等。第二节第二节 支架架型选择支架架型选
15、择上下部采动条件：近距煤层的采动，会导致顶底板岩上下部采动条件：近距煤层的采动，会导致顶底板岩层一定程度的松动，降低直接顶的稳定性、基本顶的来压层一定程度的松动，降低直接顶的稳定性、基本顶的来压强度。强度。处理：处理：当上部近距煤层在当上部近距煤层在10m以内，有截高大于以内，有截高大于1m的煤层已采时，本煤层直接顶和基本顶类级均降低的煤层已采时，本煤层直接顶和基本顶类级均降低1个个类级；当下部近距煤层在类级；当下部近距煤层在2030m以内，有截高大于以内，有截高大于1m的煤层已采时，本煤层直接顶、直接底板和基本顶类级均的煤层已采时，本煤层直接顶、直接底板和基本顶类级均降低降低1个类级处理；个
16、类级处理；相邻区段或两侧开采条件：本煤层一侧开采，对其稳相邻区段或两侧开采条件：本煤层一侧开采，对其稳定性和来压强度有一定影响，但不强烈，可不考虑。如果定性和来压强度有一定影响，但不强烈，可不考虑。如果工作面两侧已采，则对本工作面影响强烈，应对直接顶、工作面两侧已采，则对本工作面影响强烈，应对直接顶、基本顶分别降低一个类级处理。基本顶分别降低一个类级处理。地质构造、断层、褶曲等分布和参数：对构造严重影地质构造、断层、褶曲等分布和参数：对构造严重影响的区段，特别慎重支架选型。掩护支架有较高的伸缩比响的区段，特别慎重支架选型。掩护支架有较高的伸缩比(2.53.1)，对过断层有利。可伸梁对通过破碎带
17、有较好，对过断层有利。可伸梁对通过破碎带有较好适应性。断层区直接顶视为极不稳定顶板。适应性。断层区直接顶视为极不稳定顶板。第二节第二节 支架架型选择支架架型选择 开采深度：采深增加，直接顶稳定性和基本顶来压强开采深度：采深增加，直接顶稳定性和基本顶来压强度会逐步降低。采取：采深每增加度会逐步降低。采取：采深每增加400m，降低一个类级，降低一个类级近似处理。近似处理。顶底板含水层：顶板含水层导致开采过程中出现顶板淋顶底板含水层：顶板含水层导致开采过程中出现顶板淋水和底板集水，减低底板抗压入强度和刚度。选型时，底水和底板集水，减低底板抗压入强度和刚度。选型时，底板类别减低板类别减低1级处理。底板
18、含水层存在时，在采高、开采级处理。底板含水层存在时，在采高、开采方法上加以考虑。方法上加以考虑。选型顺序：选型顺序：根据直接顶、基本顶、底板类型初步选定基本架型；根据直接顶、基本顶、底板类型初步选定基本架型；考虑上述考虑上述诸因素选定具体结构，包括顶梁、底诸因素选定具体结构，包括顶梁、底座、侧护结构等；座、侧护结构等；根据地质条件和矿压显现参数，计算支架必需的支护根据地质条件和矿压显现参数，计算支架必需的支护强度和相应的额定工作阻力。强度和相应的额定工作阻力。考虑顶底板含水层条件，验算支架对底板比压或载荷考虑顶底板含水层条件，验算支架对底板比压或载荷强度。强度。验算通风断面、风流、风速等。如果
19、瓦斯涌出量较大，验算通风断面、风流、风速等。如果瓦斯涌出量较大，避免用插底式支架。避免用插底式支架。第二节第二节 支架架型选择支架架型选择第二节第二节 支架架型选择支架架型选择二、液压支架架型选择二、液压支架架型选择 1支架选型要素支架选型要素 已知地质和采矿条件进行液压支架结构选型，必需考虑已知地质和采矿条件进行液压支架结构选型，必需考虑支架力学特征和对围岩的适应性，作出支架力学特征和对围岩的适应性，作出模糊评价模糊评价。掩护式和支撑掩护式支架掩护式和支撑掩护式支架的围岩适应性比较：的围岩适应性比较：要要 素素掩护式掩护式支撑掩护式支撑掩护式支撑式支撑式插底掩护式插底掩护式 一般掩护式一般掩
20、护式垛式垛式 节式节式支支架架围围岩岩适适应应性性直接顶冒落倾向直接顶冒落倾向基本顶周期来压基本顶周期来压底板压入倾向底板压入倾向防煤壁片帮防煤壁片帮通风断面通风断面顶梁前端支撑力顶梁前端支撑力顶梁后端切顶力顶梁后端切顶力顶板覆盖率顶板覆盖率隔绝采空区能力隔绝采空区能力横向稳定性横向稳定性对截高适应性对截高适应性支撑效率支撑效率支护强度支护强度对倾角适应性对倾角适应性优优 良良差差 良良良良 差差优优 良良差差 良良优优 良良差差 良良优优 优优优优 优优良良 优优良良 优优差差 良良良良 良良良良 优优良良优优优优良良优优良良优优优优优优优优优优优优优优良良差差 差差优优 良良优优 优优差差
21、 差差优优 优优差差 差差优优 优优差差 差差差差 差差差差 差差良良 良良优优 优优优优 优优良良 差差第二节第二节 支架架型选择支架架型选择支架选型要素及评价支架选型要素及评价 第二节第二节 支架架型选择支架架型选择液压支架力学特征液压支架力学特征 支架型式支架型式结构特征结构特征主要力学特征主要力学特征对围岩适应性评价对围岩适应性评价掩掩护护式式支掩式支掩式支顶式支顶式二柱支掩掩护式二柱支掩掩护式二柱支顶掩护式二柱支顶掩护式支架承载力较小，底板比压支架承载力较小，底板比压均匀，主动水平力较大均匀，主动水平力较大支架承载力大，稳定性好，支架承载力大，稳定性好，底座尖端比压较大，对顶板的底座
22、尖端比压较大，对顶板的主动水平力大，前端支撑力大主动水平力大，前端支撑力大 基本顶基本顶I、级岩层组级岩层组合合 适应直接顶适应直接顶1、2、3类类，基本顶，基本顶I、级，级，底板底板类以上。类以上。I类底板类底板需限制支架对底板尖端需限制支架对底板尖端比压比压支支撑撑掩掩护护式式支顶支顶支掩支掩支顶式支顶式四柱支顶支掩式四柱支顶支掩式四柱四柱X型型四柱支撑掩护式四柱支撑掩护式 稳定性好，抗水平力强，比稳定性好，抗水平力强，比压均匀，但支撑能力利用率低压均匀，但支撑能力利用率低 顶梁合力调节范围大，伸缩顶梁合力调节范围大，伸缩比大，承载力高比大，承载力高 承载力大，切顶能力强，比承载力大，切顶
23、能力强，比压较均匀压较均匀 主要适应主要适应2、3类直接类直接顶，顶，、级基本顶级基本顶 主要适于薄煤层主要适于薄煤层主要适于主要适于2、3、4类直类直接顶，接顶，、级基级基本顶，底板类别不限本顶，底板类别不限第二节第二节 支架架型选择支架架型选择 2液压支架选型建议液压支架选型建议 具体条件下的液压支架选型，必须考虑直接顶类型、基具体条件下的液压支架选型，必须考虑直接顶类型、基本顶级别、底板类型。本顶级别、底板类型。对典型围岩结构组合，对典型围岩结构组合，MT554-1996采煤工作面顶板采煤工作面顶板分类分类附件中提出了液压支架选型建议。附件中提出了液压支架选型建议。直接顶类别直接顶类别基
24、本顶来压级别基本顶来压级别底板类别底板类别液压支架液压支架 1 21234、支掩掩护式支掩掩护式 轻型支顶掩护式轻型支顶掩护式支顶掩护式支顶掩护式 支掩掩护式支掩掩护式支顶掩护式支顶掩护式 支掩掩护式支掩掩护式支顶掩护式支顶掩护式 支撑掩护式支撑掩护式支撑掩护式支撑掩护式 支顶掩护式支顶掩护式支撑掩护式支撑掩护式 支顶掩护式支顶掩护式强力支撑掩护式强力支撑掩护式(短顶梁，大流短顶梁，大流量安全阀量安全阀)第二节第二节 支架架型选择支架架型选择 根据使用经验，根据使用经验，在综采工作面支架选型时，在综采工作面支架选型时，注意：注意：(1)不稳定和中等稳定顶板优先选用掩护式支架。在底不稳定和中等稳
25、定顶板优先选用掩护式支架。在底板极松软条件下，严格验算并限制支架底座尖端比压，不板极松软条件下，严格验算并限制支架底座尖端比压，不得超过底板容许比压即极限载荷强度得超过底板容许比压即极限载荷强度避免使用重型支架避免使用重型支架 (2)非常稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十非常稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十分强烈的顶板，优先考虑选取支撑掩护式支架。分强烈的顶板，优先考虑选取支撑掩护式支架。(3)顶板不平，四柱式支架中总有一根支柱对顶板的实顶板不平，四柱式支架中总有一根支柱对顶板的实际支撑力很低际支撑力很低二柱式支架支撑能力利用率高于四柱式。二柱式支架支撑能力利用率高于四柱式。(4
26、)不稳定顶板条件下使用四柱式支架应注意对机道上不稳定顶板条件下使用四柱式支架应注意对机道上方的顶板控制，包括增加前柱阻力及可伸缩前梁等。方的顶板控制，包括增加前柱阻力及可伸缩前梁等。第三节第三节 支架参数确定支架参数确定 一、支架高度一、支架高度 首先确定支架适用煤层的平均截高，然后确定支架高首先确定支架适用煤层的平均截高，然后确定支架高度。度。支架最大结构高度支架最大结构高度1maxmaxSMH支架最小结构高度支架最小结构高度 2minminSMH Mmax、Mmin为煤层最大、最小截高，为煤层最大、最小截高，mm；S1考虑伪顶冒落的最大厚度考虑伪顶冒落的最大厚度。大采高支架取。大采高支架取
27、200400 mm，中，中厚煤层支架取厚煤层支架取200300mm，薄煤层支架取，薄煤层支架取100200mm；S2考虑周期来压时的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、考虑周期来压时的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底板下的浮矸之和底板下的浮矸之和。大采高支架取。大采高支架取500900mm，中厚煤层支架取，中厚煤层支架取300400mm，薄煤层支架取，薄煤层支架取150250mm。第三节第三节 支架参数确定支架参数确定 支架调高范围：支架调高范围：支架的最大结构高度与最小结构高度之差。支架的最大结构高度与最小结构高度之差。调高范围越大，支架适用范围越广，但过大调高范围给调高范围越大，支架
28、适用范围越广，但过大调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。支架结构设计造成困难，可靠性降低。支架最大结构高度和最小结构高度取值应符合规定。支架最大结构高度和最小结构高度取值应符合规定。支架伸缩比：支架伸缩比：支架的最大结构高度与最小结构高度之比。支架的最大结构高度与最小结构高度之比。minmax/HHKs 二、支护强度和工作阻力二、支护强度和工作阻力 支护强度：支护强度：支架有效工作阻力与支护面积之比。支架有效工作阻力与支护面积之比。顶板所需支护强度取决于顶板等级和煤层厚度。制订不顶板所需支护强度取决于顶板等级和煤层厚度。制订不同顶板等级的支护强度标准，支护强度按规定选用或按经同顶板等级
29、的支护强度标准，支护强度按规定选用或按经验公式估算验公式估算MPa105KMqK作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取58；M截高，截高，m；岩石密度，一般取岩石密度，一般取2.5103kg/m3 第三节第三节 支架参数确定支架参数确定第三节第三节 支架参数确定支架参数确定支架支撑顶板的有效工作阻力支架支撑顶板的有效工作阻力 kN103 qFQF支架的支护面积，支架的支护面积，m2 2m)(KBCLF L支架顶梁长度，支架顶梁长度，m；C梁端距，梁端距，m；B支架顶梁宽度，支架顶梁宽度，m；K架间距，架间距，m 支撑效率支撑效率：有效工作阻力与支架工作阻力
30、之比值。有效工作阻力与支架工作阻力之比值。支撑式支架支撑效率为支撑式支架支撑效率为100%；掩护式和支撑掩护式支架顶梁与掩护梁铰接，立柱斜撑，掩护式和支撑掩护式支架顶梁与掩护梁铰接，立柱斜撑，支撑效率小于支撑效率小于1，初选支架时可取，初选支架时可取80%左右。左右。第三节第三节 支架参数确定支架参数确定 三、中心距和宽度三、中心距和宽度 支架中心距支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。一般等于工作面一节溜槽长度。液压支架中心距大部分采用液压支架中心距大部分采用1.5m。大采高支架为提高稳。大采高支架为提高稳定性，中心距可采用定性，中心距可采用1.75m，轻型支架为适应中小煤矿工，轻型支架为适
31、应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。支架宽度：支架宽度：顶梁的最小和最大宽度。顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程170200 mm。支架中心距支架中心距1.5m时，最小宽度取时，最小宽度取14001430mm，最大宽度取最大宽度取15701600mm。支架中心距支架中心距1.75m时，最小时，最小宽度取宽度取16501680mm，最大宽度取，最大宽度取18501880mm。支支架中心距架中心距
32、1.25m时时，如果顶梁带有活动侧护板，最小宽度如果顶梁带有活动侧护板，最小宽度取取11501180mm，最大宽度取，最大宽度取13201350mm；如果顶如果顶梁不带活动侧护板，宽度一般取梁不带活动侧护板，宽度一般取11501200mm。第三节第三节 支架参数确定支架参数确定第三节第三节 支架参数确定支架参数确定 四、初撑力四、初撑力 初撑力大小对支架的支护性能和成本有很大影响。初撑力大小对支架的支护性能和成本有很大影响。较大初撑力能使支架较快达到工作阻力，减慢顶板的早较大初撑力能使支架较快达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性。但对乳化液泵站和液压期下沉速度，增加顶板的稳定
33、性。但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求提高。元件的耐压要求提高。一般取初撑力为一般取初撑力为(0.60.8)倍的工作阻力倍的工作阻力。五、移架力和推溜力五、移架力和推溜力 移架力与支架结构、质量、煤层厚度、顶板性质等有关移架力与支架结构、质量、煤层厚度、顶板性质等有关 一般薄煤层支架移架力为一般薄煤层支架移架力为100150kN；中厚煤层支架；中厚煤层支架为为150300kN；厚煤层支架为；厚煤层支架为300400kN。推溜力一般为推溜力一般为100150kN。六、梁端距和顶梁长度六、梁端距和顶梁长度 梁端距：梁端距：移架后顶梁端部至煤壁的距离。移架后顶梁端部至煤壁的距离。梁端距是由于工作面顶
34、板起伏不平造成输送机和采煤机梁端距是由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离。倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离。支架高度越大，梁端距应越大。支架高度越大，梁端距应越大。第三节第三节 支架参数确定支架参数确定 大采高支架梁端距取大采高支架梁端距取350480mm，中厚煤层支架梁端，中厚煤层支架梁端距取距取280340mm，薄煤层支架梁端距取，薄煤层支架梁端距取200300mm。顶梁长度受支架型式、配套采煤机截深顶梁长度受支架型式、配套采煤机截深(滚筒宽度滚筒宽度)、
35、刮、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素制约。度、支护方式等因素制约。第四节第四节 支架受力分析支架受力分析 支架主动支撑顶板支架主动支撑顶板(初撑初撑)后处于被动承载状态，围岩与后处于被动承载状态，围岩与支架相互作用的载荷使支架顶梁相对底座产生下沉。支架相互作用的载荷使支架顶梁相对底座产生下沉。作用在支架上的垂直力和水平力是由顶板到底板和工作作用在支架上的垂直力和水平力是由顶板到底板和工作面到采空区的围岩位移，以及围岩对支架内力的阻力而产面到采空区的围岩位移，以及围岩对支架内力的阻力而产生的。支架的内力产生支
36、架顶梁相对底座的运动。生的。支架的内力产生支架顶梁相对底座的运动。支架顶梁和底座不是刚性的，直接顶和底板一般也不是支架顶梁和底座不是刚性的，直接顶和底板一般也不是刚性的刚性的围岩与支架相互作用的边界条件相当复杂。围岩与支架相互作用的边界条件相当复杂。为简化计算，假设支架横向均匀受载，简化为平面力系为简化计算，假设支架横向均匀受载，简化为平面力系分析支架的受力状态。分析支架的受力状态。第四节第四节 支架受力分析支架受力分析第四节第四节 支架受力分析支架受力分析一、两柱支掩掩护式支架一、两柱支掩掩护式支架第四节第四节 支架受力分析支架受力分析二、两柱支顶掩护式支架二、两柱支顶掩护式支架第四节第四节
37、 支架受力分析支架受力分析三、四柱支撑掩护式支架三、四柱支撑掩护式支架第四节第四节 支架受力分析支架受力分析四、四柱支顶支掩式支架四、四柱支顶支掩式支架 根据液压支架各部件功能和作用，根据液压支架各部件功能和作用，组成：组成：(1)承载结构件承载结构件 如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。等。主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。(2)液压缸液压缸 包括立柱和各类千斤顶。主要功能是实现包括立柱和各类千斤顶。主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。支架的各种动作，产生液压动力。(3)控制元部件控制元部件 包括液压系
38、统操纵阀、单向阀、安全包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件。主要功能是操阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件。主要功能是操作控制支架各液压缸动作及保证所需的工作特性。作控制支架各液压缸动作及保证所需的工作特性。(4)辅助装置辅助装置 如推移装置、护帮装置、伸缩梁如推移装置、护帮装置、伸缩梁(或插板或插板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件、喷雾装置等，装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件、喷雾装置等，是实现支架的某些动作或功能所必需的装置。是实现支架的某些动作或功能所必需的装置。第五节第五节 支架结构选择支架结构选择第五节第五节 支架结构选择支架结构选择
39、一、顶梁一、顶梁 顶梁形式：整体顶梁、铰接顶梁和楔形结构顶梁。顶梁形式：整体顶梁、铰接顶梁和楔形结构顶梁。铰接顶梁的前段称为前梁，后段为主梁，简称顶梁。铰接顶梁的前段称为前梁，后段为主梁，简称顶梁。1整体顶梁整体顶梁 整体顶梁结构简单，可靠性好；顶梁对顶板载荷的平衡整体顶梁结构简单，可靠性好；顶梁对顶板载荷的平衡能力较强；前端支撑力较大；可设置全长侧护板，有利于能力较强；前端支撑力较大；可设置全长侧护板，有利于提高顶板覆盖率，改善支护效果，减少架间漏矸。为改善提高顶板覆盖率，改善支护效果，减少架间漏矸。为改善接顶效果和补偿焊接变形，整体顶梁前端接顶效果和补偿焊接变形，整体顶梁前端(800100
40、0mm)一般上翘一般上翘13o。2铰接式顶梁铰接式顶梁1-前梁前梁2-前梁千斤顶前梁千斤顶3-顶梁顶梁第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 在前梁千斤顶在前梁千斤顶2的推拉下，前梁的推拉下，前梁1上下摆动，对不平顶板上下摆动，对不平顶板的适应性强。运输时将前梁放下与顶梁垂直，以减小运输的适应性强。运输时将前梁放下与顶梁垂直，以减小运输尺寸。尺寸。前梁千斤顶必须有足够的支撑力和连接强度，前梁上不前梁千斤顶必须有足够的支撑力和连接强度，前梁上不宜设置侧护板。为顺利移架，前梁间一般留有宜设置侧护板。为顺利移架，前梁间一般留有100150 mm间隙，增加了破碎顶板漏矸的可能性。间隙，增加了破碎顶板漏
41、矸的可能性。3楔形结构梁楔形结构梁 1-楔形梁；楔形梁；2-楔块楔块3-楔形梁千斤顶；楔形梁千斤顶；4-后梁后梁 利用构件间摩擦自锁原理，通过楔块利用构件间摩擦自锁原理，通过楔块2与楔形梁与楔形梁1和顶梁和顶梁4之间的摩擦作用，使楔形梁之间的摩擦作用，使楔形梁1、楔块、楔块2和后梁和后梁4在受载时保在受载时保持为一个整体，如同整体刚性顶梁持为一个整体，如同整体刚性顶梁具有整体刚性顶梁具有整体刚性顶梁前端支护力大的优点。前端支护力大的优点。楔形梁楔形梁1与后梁与后梁4为铰接结构，当操作楔形梁千斤顶伸出为铰接结构，当操作楔形梁千斤顶伸出或缩回时带动楔块前后移动，使楔形梁或缩回时带动楔块前后移动，使
42、楔形梁1绕铰轴摆动，摆绕铰轴摆动，摆动范围取决于楔块的行程和楔角的大小动范围取决于楔块的行程和楔角的大小具有铰接顶梁具有铰接顶梁的灵活性。的灵活性。第五节第五节 支架结构选择支架结构选择第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 根据顶板条件和使用要求，顶梁可设置伸缩梁。根据顶板条件和使用要求，顶梁可设置伸缩梁。一般整体顶梁只能设置内伸式伸缩梁。一般整体顶梁只能设置内伸式伸缩梁。1-伸缩梁伸缩梁2-顶梁顶梁 在铰接顶梁前梁设置在铰接顶梁前梁设置内伸缩式内伸缩式(潜入式潜入式)伸缩梁或设置伸缩梁或设置外外伸式伸式(手套式手套式)伸缩梁。伸缩梁。1-伸缩梁伸缩梁2-顶梁顶梁1-托板；托板；2-导向梁；
43、导向梁；3-梁盖梁盖4-千斤顶；千斤顶；5-前梁前梁第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 内伸缩式内伸缩式(潜入式潜入式)伸缩梁伸缩梁 外伸式外伸式(手套式手套式)伸缩梁伸缩梁1-伸缩梁伸缩梁2-顶梁顶梁1-托板；托板；2-导向梁；导向梁；3-梁盖梁盖4-千斤顶；千斤顶；5-前梁前梁 伸缩梁一般是为实现伸缩梁一般是为实现超前支护超前支护而设置的，伸缩值根据使而设置的，伸缩值根据使用要求确定，一般为用要求确定，一般为600800mm。内伸式伸缩梁，结构可靠性好，接顶效果较差。外伸内伸式伸缩梁，结构可靠性好，接顶效果较差。外伸式伸缩梁，接顶效果好，结构可靠性较差，易变形。式伸缩梁，接顶效果好，结
44、构可靠性较差，易变形。二、侧护板二、侧护板 侧护板装置组成：侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向侧护板装置组成：侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等。杆和连接销轴等。支架活动侧护板形式：直角式单侧活动侧护板、直角式支架活动侧护板形式：直角式单侧活动侧护板、直角式双侧可调活动侧护板和折页式单侧活动侧护板。双侧可调活动侧护板和折页式单侧活动侧护板。第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 直角式单侧活动侧护板直角式单侧活动侧护板一一侧固定式，一侧活动式。固侧固定式，一侧活动式。固定侧护板是梁的边筋板，可定侧护板是梁的边筋板，可增加梁体强度，减轻支架重增加梁体强度，减轻支架重量。量。适用于倾角较
45、小适用于倾角较小(150时，必须采取防滑防倒措施。时，必须采取防滑防倒措施。在支架底座旁边装设一个与防滑撬板在支架底座旁边装设一个与防滑撬板3相连的防滑调架相连的防滑调架千斤顶千斤顶4，移架时千斤顶推出，推动撬板顶在邻架的导向，移架时千斤顶推出，推动撬板顶在邻架的导向板上，起导向防滑作用，顶梁之间装有防倒千斤顶板上，起导向防滑作用，顶梁之间装有防倒千斤顶2防止防止支架倾倒。支架倾倒。1-顶梁顶梁2-防倒千斤顶防倒千斤顶3-撬板撬板4-防滑调架千斤顶防滑调架千斤顶 1-顶梁顶梁2-防倒千斤顶防倒千斤顶第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 两个防倒千斤顶两个防倒千斤顶4装在底座箱的上部，通过动作
46、，达到装在底座箱的上部，通过动作，达到防滑、防倒和调架作用防滑、防倒和调架作用多用于垛式支架多用于垛式支架 在相邻两支架的顶梁在相邻两支架的顶梁(或掩护或掩护梁梁)与底座之间装一个防倒千斤与底座之间装一个防倒千斤顶顶2，通过链条或拉杆分别固定，通过链条或拉杆分别固定在各支架的顶梁和底座上，用在各支架的顶梁和底座上，用2防倒，用防倒，用4调架。调架。1-顶梁顶梁2-防倒千斤顶防倒千斤顶4-防滑调架千斤顶防滑调架千斤顶第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 十、液压支架控制系统十、液压支架控制系统 液压支架按操纵阀与所控支架的相对位置分本架控制液压支架按操纵阀与所控支架的相对位置分本架控制和邻架控
47、制。和邻架控制。本架控制：本架控制：操作者操纵所在支架的控制系统，系统结构操作者操纵所在支架的控制系统，系统结构简单，应用普遍。简单，应用普遍。邻架控制：邻架控制：操作者在支架内操纵相邻支架的控制系统，操作者在支架内操纵相邻支架的控制系统，系统结构简单、操作方便安全，但过架胶管多给移架带来系统结构简单、操作方便安全，但过架胶管多给移架带来不便。不便。第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 按控制原理分全流量控制和先导控制。按控制原理分全流量控制和先导控制。全流量控制：全流量控制：用全流量操纵阀直接向液压缸工作腔输用全流量操纵阀直接向液压缸工作腔输入压力液，实现支架动作。入压力液，实现支架动作。
48、先导控制：先导控制：通过先导阀驱动主控阀实现支架各种动作，通过先导阀驱动主控阀实现支架各种动作，系统结构比较复杂，可采用多芯胶管实现邻架控制，过架系统结构比较复杂，可采用多芯胶管实现邻架控制，过架胶管少，操作省力，移架速度快。胶管少，操作省力，移架速度快。按机械化程度分手动控制和电液自动控制。按机械化程度分手动控制和电液自动控制。电液控制系统：电液控制系统：利用微型计算机系统控制电液先导阀，利用微型计算机系统控制电液先导阀，由电液先导阀驱动主控阀，使液压支架立柱、千斤顶伸出由电液先导阀驱动主控阀，使液压支架立柱、千斤顶伸出和缩回，按照采煤工艺要求编制程序后，通过微机实现工和缩回，按照采煤工艺要
49、求编制程序后，通过微机实现工作面液压支架各动作的自动运行。作面液压支架各动作的自动运行。第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 第二阶段第二阶段为成组支架电液控制即沿工作面以若干台支架为成组支架电液控制即沿工作面以若干台支架为一组按给定的动作顺序移动支架的半自动化控制。为一组按给定的动作顺序移动支架的半自动化控制。第三阶段第三阶段为全工作面采煤设备完全自动化的电液控制，为全工作面采煤设备完全自动化的电液控制，即支架电液控制系统与安装有位置测量仪的采煤机、输送即支架电液控制系统与安装有位置测量仪的采煤机、输送机的自动控制系统相结合，实现从巷道中的中央控制台或机的自动控制系统相结合，实现从巷道中的
50、中央控制台或井上控制室进行远距离控制。井上控制室进行远距离控制。支架电液控制系统阶段：支架电液控制系统阶段：第一阶段第一阶段为单台支架电液控制，为单台支架电液控制，即对单台支架的单个动作进行控即对单台支架的单个动作进行控制又可对支架的制又可对支架的“降柱降柱移架移架升升柱柱”循环进行程序控制。循环进行程序控制。第五节第五节 支架结构选择支架结构选择 1电液控制系统组成电液控制系统组成 电源箱、中央控制台、支架控制箱、本安型电液先导阀、电源箱、中央控制台、支架控制箱、本安型电液先导阀、液压主控阀组、压力传感器、位移传感器和传输电缆等。液压主控阀组、压力传感器、位移传感器和传输电缆等。1-电源；电
