試述液壓支架合理選型設計

（唐山開灤鐵拓重型機械制造有限責任公司，河北唐山 063103）

1 液壓支架選型依據

筆者認為，在采煤企業中合理的液壓支架選型是實現采煤工作面安全高效生產的保證。多年來，筆者根據工作實踐得知，液壓支架架型的選擇雖然主要取決于頂板條件，但還應根據其它地質條件結合各類支架的不同性能和特點，在生產中加以選擇一種較為合理的架型設計則是更為理想的。現在筆者就對這方面總結下看法。

取決于煤層厚度。根據我國煤層賦存的特點厚度超過、頂板有側向推力或水平推力時應選用抗扭能力強的支架一般不宜用支撐式支架。根據煤層的不同硬度厚度達到以上時需要選擇帶有護幫裝置的掩護式和支撐掩護式支架。煤層厚度變化大時應選擇調高范圍較大的掩護式或雙伸縮支柱的支架。

除此之外，還有煤礦里瓦斯的含量多少。在這方面筆者建議對瓦斯涌出量大的工作面應符合煤礦安全規程的要求并優先選用通風斷面較大的支撐式和支撐掩護式支架。再比如說底板的強度。這主要是應使支架對底板的裁荷集度不超過底板的允許抗壓入強度。

2 液壓支架選型方法

多年來，我國的一些采煤企業主要走的是較為傳統的選型方法，那就是分析比較法，它是根據決定支架整體及各部件類型的主要因素列出可能選擇的幾種形式。進行比較以決定最適用的形式及其參數在選擇時也應考慮次要因素的作用。近代發展的專家評分法就是綜合考慮各因素的影響程度，并采用專家評分法對各因素的適應性及重要性做出評價。在這里筆者總結兩個方法，以供大家參考使用。

第一個方法是系統分析比較法。這種方法就是對要選擇的多種方案的各個屬性、部分、方面分別研究比較決定的方法。在實際生產中根據礦山地質條件來分析、比較及決定支架各部分的類型及參數。其選型原則為主要根據直接頂等因素確定支架的額定工作阻力、初撐力、幾何形狀、立柱數量及位置、移架方式、頂板覆蓋率。

第二個方法是綜合評分法。根據專家研究認為支架選型可采用下述綜合評分法。支架選型要素及評價。已知開采地質、技術條件進行支架選型時必須考慮各種支架對圍巖的適應性及力學特性。支架選型時必須優先考慮的要素有直接頂類別、老頂級別等。它可以反映支架對圍巖的適應能力、支架的力學特性和工作特性。根據上述要素和評價可初步進行支架選型。

3 液壓支架架型選擇與結構設計

單就目前來說，液壓支架架型的選擇主要有支撐式支架、支撐掩護式支架、掩護支架等類型。根據原煤炭工業部頒發的《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類方案》對直接頂分類、基本頂分級。直接頂為砂質泥巖且初次跨落步距為27.4m 該直接頂屬于2 類中等穩定頂板。計算基本頂初次來壓當量pepe241.3lnLf-15.5N52.6hm708kPa 式中Lfhmhi---基本頂初壓步距煤層采高直接頂厚度Nhi/hm0.41。

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3.1 液壓支架的選擇要求。

根據某礦山煤層地質條件及礦區發展規劃的要求,選擇合理、適用的支架架型就成為企業發展綜放技術能否成功的關鍵。筆者分析，通過對目前國內外有關液壓支架的了解,對液壓支架架型提出如下要求:支架要有較高的穩定性和抗扭性能,并配備可靠的防倒防滑系統;回收率要高,能實現采放平等作業;有較好的仰采、俯采性能;保證足夠的通風斷面；放煤口通暢,操作靈活可靠等。

3.2 液壓支架工作阻力計算與確定

根據我地區某礦山首采綜放工作面具體要求,在確定液壓支架的工作阻力和支護強度時,我們可以計算如下。

(1)按支護重量計算。根據首采工作面條件和架型可知:開采煤層計算采高h1=2.5m,頂煤高度h2=3.5m,控頂距長L=4.55m,折算巖層高度h3=9m,支架寬度b=1.5m,煤的容重γ=14kN/m3,巖石容重,γ1=25kN/m3。

將上述數據代入式P=K(Q1+Q2)......(1)式中,則：P--支架工作阻力,kN/架;

K--動載系數,取 K=2 ·cosα,(α 為煤層傾角,取 25°)；

Q1--頂煤重量(Q1=h2·L·b·r)；

Q2--折算巖層重量(Q2=h3·L·b·r1)；

經計算:P=3149.7kN/架

(2)按支護強度折算。支護強度的計算依照實測統計法按式q=k·n·m·r 進行計算。式中:q--支架的支護強度,kN/m2；

k--安全系數，取k=1.2-1.5;

n--折算系數，n=9.768M-0.79;

M--煤層全厚，m;

γ1--巖石容重，取 25kN/m2。

經計算, 則有：,q=1.5×9.768×6-0.79×6 ×25=533.6kN/m2=0.54MPa

按測算出的支護強度，支架的工作阻力應為：P=qH(2)

式中：q--支架測算出的支護強度；

H--支架正常的有效支護面積；

則有：P=533.6×3.95×1.5=3161.8kN/架

通過以上計算，支架的工作阻力確定為3200kN/架。

3.3 結構設計。在液壓支架的架型、工作阻力確定之后，結合礦上使用要求對支架的結構設計提出了如下設想：支架總體運輸長度小于4.6m，支架重量小于11.5t，保證支架整體下井和運輸'支架后部有足夠的空間，保證過煤高度和后部輸送機正常工作及維修；支架底座前后均設置防滑千斤頂聯接裝置，頂梁前部設置防倒千斤頂聯接裝置。

結語

我國的液壓支架經過30 多年的攻關，已研制開發出能滿足不同需求的各種類型的液壓支架，可適合中厚煤層一次采全高、厚與特厚煤層分層開采及放頂煤開采、薄煤層開采和傾斜煤層開采工藝的綜采技術裝備。目前我國的液壓支架正向著大型化發展，為礦井集約化生產提供了可靠的技術保障。

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[3]液壓支架虛擬仿真試驗.計算機系統應用,2011，,20，(9)

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