1、 前 言综合机械化采煤是加速我国煤炭工业发展大幅度提高劳动生产率实现煤炭工业现代化的一项战略措施综合机械化采煤不仅产量大效率高成本低而且能减轻笨重的体力劳动改善作业环境是煤炭工业技术的发展方向我国综采技术日趋成熟生产水平工艺水平均已进入世界先进行列综合机械化采煤设备选择的是否合适决定着设备能否正常运行能否达到优越的技术经济效果以及能否获得良好的安全环境影响设备选型的原始因素有两类一类是围岩的岩石特征和地质条件包括顶底板岩石的力学性能煤层厚度煤质硬度倾角和构造等另一类是围岩缓倾斜煤层为顶板的工程特征如顶板移动规律和它与支架相互作用的状况等为了更好地发挥机械化的效益应根据不同的地质和煤层赋存条件采
2、煤机械化设备的合理选型计算设备配套设备布置以及与之相适应的工作面有关参数选择等是综合机械化开采设备的重要内容为此结合我们专业的教学内容和安排编写了综采工作面设备选型设计与计算指导书以供学生课程设计参考书中如有缺点和错误恳请读者批评指正编者 目 录概述 1一设计题目任务和要求设计条件二选型的基本原则第二章 采煤机的选型 2一初选采煤机确定型号二滚筒三电机功率四牵引力五防滑设备六采煤机允许的最大牵引速度七采煤机喷雾供水装置八采煤机的稳定性第三章 刮板输送机选型 11一初选刮板输送机二运输能力的验算三刮板输送机电机功率的验算及电机的数量四刮板链强度验算第四章 液压支架的选型 15一确定架型二主要参数
3、计算和支架型号的确定三性能验算四支架布置台数第五章 乳化液泵站的选型 23一乳化液泵二乳化液泵的电机功率三乳化液箱容积的验算四乳化液第六章 配套验算 27一通风计算二设备的空间尺寸配套关系三综采工作面布置图参考书 30附录 1 采煤机技术特征表 31附录 2 刮板输送机技术特征表 43附录 3 缓倾斜煤层回采工作面顶板分类方案 44附录 4 经济型轻型系列综采设备 45附录 5 液压支架技术特征表 46附录 6 三机配套附图 47第一章 概 述一设计题目设计条件任务和要求1 设计题目及设计条件综采工作面机械化设备选型设计条件有关工作面设备选型设计的已知参数和依据设计时对号下达2 任务和要求完成
4、综采工作面机械化各设备的选型计算即确定采煤机运输机液压支架和泵站的型号和参数的验算各设备匹配尺寸和参数验算完成一张 1 号综采设备之间的配套尺寸关系平面布置图编写出一本设计说明书字数在 8 千至 1 万字左右二选型的基本原则1 采煤机采煤机必须满足煤层开采厚度和煤的切割阻力的需要要与煤层的倾角适应采煤机以最小的电耗获得最大的采煤速度即最大的生产能力以及获得最佳的块度要考虑与支架和运输机配套与支架移支速度和运输机运煤能力相适应具备有效的喷雾抑尘装置2 运输机要满足工作面长度和倾角对于运输机铺设长度和稳定性的要求运输机必须与采煤机的能力相适应要保证采煤机效能的发挥要与支架和采煤机配套保证采煤机骑溜
5、或不骑溜正常运行能在正常状态下随采煤机之后适当弯曲并配有清扫浮煤的装置并使移置液压支架和拖动电缆方便3 液压支架要顶得住它的初撑力和工作阻力要适应直接顶和老顶岩层移动所产生的压力包括二次来压使控顶区的顶板下沉量限制到最小程度要移得走它的结构形式和支护特性要适应直接顶下部岩层的冒落特点尤其要注意顶板在暴露后尚未支护情况下的破碎状态要尽量保持该处顶板的完整性支架底座要适应底板岩石的抗压强度以防底软而使支架陷入底板要适应采高变化和按煤层倾角考虑的对支架稳定性的要求要满足通风尤其是高瓦斯工作面和行人的需要以及要和采煤机运输机配套要考虑投资力求以较低的投资获得所需的技术经济效果支架复用次数高损坏情况少即
6、能降低吨煤成本由于以上这些要求显而易见故不拟作过多的说明按开采技术特点可将煤层厚度分三类薄煤层-从最小可采厚度到13m中厚煤层-1335m厚煤层-大于 35m按开采技术特点将煤层倾角分为三类缓倾斜煤层-025 倾斜煤层-2545急倾斜煤层-4590倾角小于 12的煤层对于综采机械化来说最为有利一般可以不考虑设备自重分力的影响煤层倾角加大会使采煤机上行采煤时的牵引阻力加大并造成机器下滑的危险使支架的横向稳定性变坏甚至下滑倾倒输送机也会下滑给采煤工作造成困难下面主要介绍缓倾斜煤层的综采设备选型采煤机的选型与液压支架配套的采煤机主要有两类一类是刨煤机另一类是滚筒式采煤机后者在我国用得较多下面着重介绍
7、滚筒式采煤机的选型一初选采煤机确定型号一确定型号时考虑如下因素1 根据煤的坚硬度选型滚筒式采煤机适于开采坚硬度系数 f4 的缓倾斜及急倾斜煤层对 f 254 的中硬以上的煤层应采用大功率采煤机2 根据煤层厚度选型采煤机的最小采高最大采高过煤高度过机高度等都取决于煤层的厚度煤层厚度可根据技术要求分为三类1 薄煤层 煤层厚度小于是 13m 最小采高在 06508 m 时只能采用爬底板式采煤机最小采高在通常情况下 m 时可选用骑溜式采煤机2 中厚煤层 煤层厚度为 1335m 开采这类煤层在技术上比较成熟根据煤的坚硬度等因素可选择中等功率的采煤机如MG340MXA30035MG300W2300MG20
8、0W2200 等3 厚煤层 煤层厚度在 35 m 以上由于大采高液压支架及采煤运输设备的出现厚煤层大采高一次采全高综采工作面取得了较好的经济指标适用于大采高的采煤机应具有调斜功能以适应大采高综采工作面地质及开采条件的变化以及俯采的要求此外由于落煤块度较大采煤机和输送机应有大块煤机械破碎装置以保证采煤机和输送机的正常工作适于煤层大采高一次全高的采煤机有 MXA30045MXA60045MG300WG600AM500等型采煤机最大采高达 45m当采用厚煤层放顶煤综采工艺时在长度大于 60 m 的长壁放顶煤工作面采煤机选型与一般长壁工作面相同但在短壁工作面可选用正面截割的短工作面采煤机和侧面截割的短
9、工作面采煤机两种机型前者其滚筒轴线平行于工作面致使顶底板由多个圆柱体相交而成为不平坦的表面造成支架和输送机移动的困难另外机身重心高稳定性差然而由于机身短结构紧凑操作维修方便较为适于短工作面使用侧面截割的 MGD150NW 采煤机则克服了上述缺点该机摇臂在机身中间出轴并可旋转 270机身短工作平稳装煤效果也很好3根据煤层倾角选型煤层倾角分为三类 025为缓倾斜煤层 2545为倾斜煤层 45以上为急倾斜煤层骑溜子或以溜子支承导向的爬底板采煤机在倾角较大时还应考虑滑问题在干燥条件下金属间的摩擦系数为相应的摩擦角为故煤层倾角大于 10时须设置防滑装置在工作面潮湿的条件下摩擦系数减小倾角大于 8时就应备
10、用防滑装置普遍采用的防滑装置是固定在工作面回风巷内的同步绞车当采煤机由下向上截割时液压绞车除了防止采煤机下滑外还起到辅助牵引的作用而当采煤机由上向下截割时液压绞车的液压马达以液压泵工况运行产生阻止采煤机下滑的阻力矩一旦采煤机下行超速时限速装置切断电源绞车自动抱闸一般讲同步绞车的牵引力应大于 80100KNMG2300MG200QWWG150WAM500 等型采煤机具有双牵引部牵引力大其双自动抱闸装置防滑性能强在倾斜煤层中使用时可取消辅助绞车二根据表 2-1 和采煤机的技术特征表见附录一来确定采煤机的型号表 2-1采高条件 地质条件 采高范围 m 倾角 o 坚硬度 f 夹矸情况煤脆韧性 直接顶级
11、别 老顶级别 工作面长度 L m 地板允许比压 q kgcm2 二滚筒一种型号的采煤机通常配备几种规格的滚筒可供选择1 滚筒直径的确定薄煤层双滚筒采煤机或一次采全高的单滚筒采煤机滚筒直径按下式选取式中-最小煤层厚度m0103-考虑到割煤后顶板的自行下沉量m中层煤层用的单滚筒采煤机主要用于普采滚筒直径为式中-最大煤层厚度m中厚煤层用双滚筒采煤机滚筒直径应略大于最大采高的一半或根据两个滚筒的装煤量相等的原则来选取即令有整理得式中 螺旋滚筒装煤效率即 -计算时取最大采高m注综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高故滚筒直径 D 应稍大于最大采高之半即 滚筒直径已经系列化分别为m考虑该采煤机的实际配备
12、系列的滚筒规格2 滚筒转向和叶片的转向转向和旋向根据采煤机的不同使用条件二者应相匹配左工作面和右工作面人在工作面下巷向上看左侧为左工作面右侧为右工作面如图 2-1 所示叶片的旋向与滚筒转向为了使滚筒落下的煤能装入刮板输送机滚筒上螺旋叶片的螺旋方向必须与滚筒旋转方向相适应确定的原则为人站在采空区侧看顺时针旋转的滚筒右转-叶片为右旋如图 2-2a 逆时针旋转的滚筒左转-叶片为左旋如图 2-2b 即归结为右转右旋左转左旋滚筒的转向在采煤机往返采煤的过程中滚筒的转向虽然不变却出现两种不同的情况逆转装煤效果好能耗低重复破碎低顺转装煤效果差能耗高重复破碎稿单滚筒采煤机滚筒应位于采煤机机身的下顺槽侧如图 2
13、-3 其优点是煤不经机身下的输送机运输以免堵塞煤流据此滚筒转向必须上行时顺转图 a 其优点有利装煤上行顺转摇臂不挡煤流装煤口大下行时逆转碎煤在滚筒前面摇臂也不挡煤工作平稳性好右工作面滚筒逆时针转左转-叶片为左旋即右-左-左规则左工作面滚筒顺时针转右转-叶片为右旋即左-右-右规则双滚筒采煤机 为了使两个滚筒的截割阻力能相互抵消以增加机器的工作稳定性必须使两个滚筒转向相反滚筒的转向分两种方式前顺后逆和前逆后顺小直径滚筒时无论是骑运输机还是爬底板的薄煤层采煤机滚筒的转向为前逆后顺最为适宜优点由于薄煤层装煤问题比较突出这样前后两滚筒都不经摇臂下面装煤有利于提高滚筒的装煤效率和生产率如图 2-4a 大直
14、径滚筒时滚筒的转向一般采用前顺后逆为好其优点煤尘较少碎煤不易抛出伤人装煤的能耗较低装煤和截煤的效率都比较高如图 2-4b图 2-43 滚筒截深截深是指一次截割深度是由滚筒外约请缘到端盘外侧截齿齿尖的距离确定的为有效地利用煤层的压张效应现代采煤机的截深都小于 1m 截深过小采煤机生产率受到影响但加大截深会使支架的步距加大顶梁长度和千斤顶行程加大同时也使采煤机电动机功率及运输机的输送能力加大因此要综合权衡利弊选用合理截深目前多数采煤机采用的 com 大功率采煤机可取 075m 左右在薄煤层中由于工作条件困难牵引速度不能太大为了达到较高的生产率在顶板条件允许时可选用截深 07510m 在厚煤层中由于
15、受输送机生产率的限制截深可适当减小 0405 m 这对缩小控顶距避免冒顶和片帮事故有益处注目前采煤机的截深有 m 等几种也可以与厂家联系定做非标准的选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配套4 截齿和截齿排列截齿类型扁行截齿刀形径向-适用于韧性粘性高的煤以及有夹石硬煤镐形截齿切向-适用于脆性及裂隙发达的煤截齿排列顺序配置-用的最普通它的截割能力强适用于硬煤交错棋盘配置-根据需要来定注应能绘出选用的截齿配置图清楚滚筒截齿配置的特点叶片每条截线上的齿少 m 13 大都是 0 角度齿截线距大 t 3265mm 端盘每条截线上的齿多 m 47 大多是角度齿最大 35以上截线距小5 滚筒的转速
16、类似滚筒直径一样现代滚筒采煤机每种型号有几种滚筒转速供选择采煤机滚筒转速的选择要兼顾截煤及装煤两种工艺以适应不同的煤质情况实际的采煤机基本已匹配好的大直径滚筒选用低档转速小直径滚筒选用高档转速一般认为滚筒转速为 3050rmin 较适宜目前滚筒转速有降低的趋势最低转速为 1520rmin 对薄煤层小直径滚筒突出的问题是装煤因此滚筒转速可提高到60100rmin截割速度验算目前常用的截割速度 35ms 最好在 4ms 左右过高将使煤尘增多大大降低截齿的寿命式中-选定的滚筒直径 mm-选定的滚筒转速 rmin 滚筒应有的落煤生产率为由可以求得滚筒装煤而不被堵塞的临界转速式中-叶片外内缘直径mn-滚
17、筒转速rminZ-叶片头数一般 23 个S-叶片螺距m-叶片厚度m-叶片外缘开角-装满系数 011058可查表计算时近似取平均值J-截深m-牵引速度mmin工作牵引速度最大一般取 35mminH-采高计算时取最大采高m-煤的松散系数 1517-浮煤高度有挡煤板时 0005 无挡板时 为考虑浮煤量系数mK-应有滚筒装出的煤量系数对前滚筒 K DH 对后滚筒 K 1-滚筒转速 n 应满足以下条件使滚筒既不被煤堵塞又不致抛过筒毂造成循环煤式中-临界转速rmin-防止碎煤抛过筒毂循环的转速rmin对于 D 0506m 时 80120rmin 对于 D 1820m 时 3040rmin三电机功率根据采煤
18、机的生产率来验算其装机功率详见双滚筒时采煤机装机功率为式中-功率利用系数单机驱动时取 1 分别驱动时取 08-功率水平稀疏见-后滚筒的工作条件稀疏见后滚筒的转向如图 2-5-采煤机的生产率采煤机和其他工作面设备的基本功能就是按照所要求的生产率完成其生产过程采煤机的生产率取决于矿山地质和矿山技术条件机器工况和结构参数以及时间利用率等因素因此采煤机的生产率分别以理论技术和使用生产率表示1 理论生产率 在给定条件下以最大参数连续运行时的生产率称为理论生产率理论生产率 Q 的计算公式为 理论生产率工作面平均采高滚筒有效截深给定条件下可能的最大牵引速度煤的密度一般为采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生
19、产能力的依据是由工作条件机器工况和结构参数确定的在实际工作中只有与其配套的设备生产能力大于采煤机的生产能力时采煤机才能达到给定的理论生产率2 技术生产率 考虑根据循环图表而进行的辅助工作如更换截齿开切口检查机器和排除故障所花费时间后的生产率称为技术生产率它由下式求得式中 技术生产率采煤机技术上可能达到的连续工作系数一般 技术上越陷越深完善系数越高理论生产率和技术生产率的差距也越小3 实际生产率 实际使用中考虑了工作中发生的所有类型的停机状况如处理输送机和支架的故障处理顶底板事故等使用生产率可由下列公式计算式中 实际生产率采煤机在实际工作中的连续工作系数一般 -采煤比能耗kwhT-截割阻抗取 1
20、80200Nmin-对于 A 的采煤比能耗见-工作面煤的截割阻抗180Nmm 软煤 180240Nmm 中硬煤 240360Nmm 硬煤即所算出的 N选用的采煤机装机功率否则重新选机型改变工作参数如采煤机的装机容量是由生产能力决定的生产能力为 th 时装机容量约 kW 国外一些采煤机的生产能力已达到 th 其装机容量也高达 kW采煤机的生产能力正比于采高因此也可以根据采高估计装机容量的大小对于硬煤装机功率应加大一倍四牵引力采煤机的牵引力与装机容量关系密切装机功率 150kw 时牵引力为 kN 装机容量 300kw 时牵引力达 kN 牵引力与牵引机构的刚度系数采煤机的质量摩擦系数牵引速度截割阻力
21、及载荷的不均衡性机道形状等因素有关很难精确计算一般用经验公式确定P 1113 N式中 P 牵引力 kNN 装机容量的 KW 数按向上牵引工作来计算详见T式中-摩擦系数 018025 骑溜子时 0304 爬底板时-经验稀疏 0608 计算时取小值-估算稀疏 002-系数按来选取-采煤机移动重量T-煤层倾角度若牵引力不够时重选机型增设辅助牵引设备五防滑设备骑在输送机上工作的采煤机当煤层倾角大于 10时就有下滑的危险特别是链牵引采煤机向上工作时一旦断链就会造成机器下滑的重大事故因此煤矿安全规程规定当倾角大于 10时应设防滑装置防滑杆最简单这种防滑装置只用于中小型采煤机上抱闸式结构比较复杂不易调整现并
22、不常用制动器目前大多数的采煤机都设有这种装置采煤机自带即防止采煤机下滑又能防止回链敲缸同时能起到低压保护作用对于链牵引采煤机不能防断链下滑液压安全绞车它可与各种采煤机配套使用在一定的煤层倾角范围内防止下滑及断链跑车事故保障人身设备安全配用本绞车后又可起辅助牵引作用补充采煤机牵引力不足更好地发挥采煤机的作用这种设备愈来愈广泛地被使用六采煤机允许的最大牵引速度牵引速度是采煤机的一个重要参数牵引速度直接决定了机器的生产能力装机容量移架速度输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长从另一方面讲牵引速度加大后切屑厚度过大将导致齿座挤压煤体造成截割阻力的急剧上升随着装机容量的加大采煤机牵引速度已达 810
23、mmin 国外有的采煤机牵引速度高达 1520mmin 然而增加装机容量加大牵引速度并中是增加综采工作面生产能力的唯一途径综合机械化采煤是一个复杂的生产过程除了需要解决和改进技术和装备上的问题外尚需改进管理上存在的问题其中首要的问题是提高采煤机的开机率统计资料表明即使年产百万吨的综采工作面其生产班的平均开机率也不足 50 而全国的平均水平仅为其一半足见改进管理的潜力是很大的1 保证滚筒工作时叶片不碰撞煤壁的条件截齿伸出的径向长度应大于最大切削厚度即70 mm式中-牵引速度mmin-滚筒转速rmin-每条截线上的齿数一般取 13-滚筒的齿长若未知可近似取刀型截齿 65100mm镐型截齿 6080
24、mm则有 mmin 2 根据滚筒截齿协调性的条件即见前二 5可得 mmin-在不考虑其它限制条件时如移架速度运输机运输能力装机功率及牵引力等允许的最大牵引速度即短时允许最大工作牵引速度七采煤机喷雾供水装置采煤机喷雾系统中喷咀的数量选择应使一定水压下的总流量等于计算耗水量式中-采煤机生产率-单位耗水量值对于具体的工作面可按采煤机最大实际生产率前面已说明计算一般单位耗水量的确定与煤层条件有关可按表 2-2 来选取表 2-2 几种煤层条件下的单位耗水量采用喷雾的煤层条件 单位耗水量 无烟煤 2025 烟煤 层厚07m 1520 层厚 0715m 2040 层厚15m 3040在表中的上限用于煤含水量
25、小雨 35工作面风速大于 2ms 以及采煤机穿梭式工作时喷咀入口水压 12MPa 同时为防止喷咀堵塞不宜小于 1 MPa 要根据管路的远近及管路的弯曲段数目等在井下进行实际调整保证喷咀入口水压12MPa 观看水压表或水的雾化情况根据计算耗水量查表 2-3 来选择喷雾泵表 2-3 XPB 型喷雾泵技术特征型号 额定压力 MPa 额定流量 电机功率 kw 外形尺寸 mmXPB25055 55 25030 1680800700 XPB20055 55 200301680800700 XPB16055 55 16022 1680800700XPB12045 45 12013 2000850755八采煤
26、机的稳定性第三章 刮板输送机选型一初选刮板输送机综采工作面一般均使用重型可弯曲刮板输送机其中有单链双中心链双边链等几种类型根据刮板输送机选型的基本原则和产品说明书介绍的技术特征及其使用条件来选择型号并参考下面计算的产品说明所列铺设长度一般均为水平长度货一定倾角煤层如 10向下运煤时的铺设长度实际上各工作面长度和煤层倾角煤层厚度等条件各不相同所以确定了型号后需要验算所选刮板输送机的运输生产能力电机功率及刮板链强度并确定每台刮板输送机驱动电机的数量二运输能力的验算按采煤机生产能力计算刮板输送机的运输能力60 Th式中-煤的容量 135-同前 35mmin-平均采高m-装载不均匀系数一般取 15-采
27、煤机和运输机同向运输时的修正系数 为刮板输送机链速查附录二-运输倾角和运输方向的系数见表 3-1表 3-1运输情况 水平运输时 倾角 510 倾角 10以上 向下向上 向下 向上 1 09 13 07 15按此式计算的是要刮板输送机运走的煤量小时生产能力按刮板输送机的工作状况及有关参数计算输送能力主要是根据已选定的输送机技术特征验算是否能够满足所要求的运输能力36 Th式中-输送机单位长度上货载重量Kgm1000FF-货载断面积F 计算参考图 3-1-溜槽承载段横截面积查特征表查不到可近似计算-原煤在溜槽中的动堆积面积-原煤动安息角一般取 20-装满系数见表 3-2-煤的松散容重 08510若
28、则符合要求表 3-2输送情况 水平及向下运输 向上运输 510 15装满系数 0910 08 06 05三刮板输送机电机功率的验算及电机的数量1 电机功率kw式中-电动机轴上的功率kw-传动装置效率一般为 08085-刮板输送机主链轮的牵引力Kg式中-溜槽弯曲段的附加阻力一般取 11-重段阻力式中的号用于向上运输号用于向下运输-空段阻力式中的号用于向上运输号用于向下运输-按 1000F 计算值-刮板输送机的铺设长度m-刮板输送机的铺设倾角度-刮板链单位长度重量Kgm-煤在溜槽中的运行阻力系数查表 3-3-刮板链在溜槽中的运行阻力系数查表 3-4W 值 表 3-3刮板输送机的结构形式 W 值 单
29、链或双中心链 工作链布置在回空链上面 055 工作链和回空链在同一水平上 075 双边链 有导向装置铺设平直 0608 有导向装置底板起伏不平 12值 表 3-4刮板输送机的结构形式 值 单链或双中心链 无导向装置 025035有导向装置 035040 双边链 无导向装置 020025有导向装置 025035综合机械化采煤工作面与采煤机配合工作的可弯曲刮板输送机货载的装载长度随着采煤机的移动而变化因此电机负荷也是变化的即满载时最大电机功率kw空载时最小电机功率从而得到所需刮板输送机的等效功率电机容量 11512式中 11512-备用系数所选的刮板输送机电机容量时即符合要求否则要重选或考虑双电机
30、两端驱动当然这对原选用一端驱动情况可以这样考虑2 电机数量常见的是单电机和双电机在确定刮板输送机的型号及电机容量的计算中就要考虑电机的数量电机的数量决定了采用一端驱动还是采用两端驱动这影响到刮板输送机刮板链的张力计算四刮板链强度计算根据刮板链的最大张力来验算刮板链强度而刮板链最大张力可用逐点计算法求出最大张力的计算方法与传动装置的布置方式有关如图 3-2 所示 A 为一端传动方式 b 为两端传动方式所谓逐点计算法就是按运行方向刮板链某一点的张力等于它前一点的张力加上这两点之间的运行阻力值和即式中-刮板链点的张力-刮板链-1 点的张力-刮板链-1 点到点之间的阻力对于一端传动方式最小张力点为 1
31、 点最大张力点为 8 点对于两端传动方式确定最大张力点要根据不同情况进行具体地分析当重段阻力为正值时每一传动装置主动链轮相遇点的张力均大于其分离点的张力因此1 点和 5 点为最小张力点而最大张力点发生在 4 点和 8 点究竟是 4 点张力最大还是 8 点张力最大要看两端传动装置的功率比值及重段空段阻力大小而定注最小张力点张力初始张力对于单链刮板 200300kg 对于双链刮板 400600kg各点张力的计算过程和强度校核详见液压支架的选型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
32、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 顶板分类级直接顶分为四类见老顶分为四级见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表 9-1 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
33、2528m 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时应设防滑和调架装置当倾角超过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软底板为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
34、别在 58和 20 以下时暂不宜采用液压支架 主要参数计算和支架型号的确定1 支护强度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介绍两个经验公式 式中-液压支架的支护强度-采高m-顶板岩石容量一般取 23-顶板岩石破碎膨胀系数一般取 1215-工作面
35、倾角度-附加阻力系数二排立柱支架取 16 单排立柱支架取 12-顶板周期来压动载系数值可按以下情况选取周期来压不明显顶板取 11 周期来压明显顶板取 13 周期来压强烈顶板取 1517式中作用于支架上的顶板岩石系数一般取 58 顶板条件好皱起来压不明显时取下限否则取上限H 采高 m顶板岩石密度一般取 23kgm放顶煤支架的支护强度一般为 0507MPa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式中 F 支架的支护面积 m 可按下式计算式中 L 支架顶梁长度 mC 梁端距 mB 支架顶梁宽度 m架间距 m支架中心距 m对支撑式支架支架立柱的总工作阻力等于支架
36、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支撑式支架的 100 支掩护式和支撑掩护式支架取 80 左右2 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
37、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 753 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
38、高愈大移架阻力愈大一般薄煤层支架的移架力为中厚煤层支架为厚煤层支架为推溜力一般为4 支架高度支架高度一般系指支架的最大和最小结构高度它必须适应煤层采厚变化所要求的最大和最小支撑高度最小高度过大可能会出现压架现象最大支撑高度过小可能会造成丢煤浪费资源或支架顶空现象支架的最大和最小支撑高度应根据煤层厚度的变化合理选择片面地认为调高范围越大越好过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本支架高度可由下式计算02式中-支架最大结构高度m-支架最小结构高度m-煤层最大采高m-煤层最小采高m-支架前柱上方顶板下沉量一般取 01m-支架后柱上方顶板下沉量一般取 02m-支架前移时可缩余量一般取不小于 005m
39、-支架与顶底板间的浮煤破矸厚度一般取 01m根据一些生产的实际经验为防止伪顶冒落而引起支架顶空现象和一些难于预见的因素最大结构高度要在计算的基础上再考虑增加 0103m 的富裕量确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度支架的伸缩比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值一般为 16 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值一般为 25 左右薄煤层支架可达 35 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直接撑定掩护式支架如图 4-1 所示式中-铲煤板铲尖到煤臂的距离取 100200mm 具 体大小也可计算FGJV式中 F-铲煤板宽度一般取 150240mmG-中部槽宽查特征表J-导向槽宽度无链牵引时尚有齿轨部分宽度V-电缆槽宽参数查不到时可估算 V 350450mm-超前移架时取截深滞后移架时可取零e-人行道宽度不小于 06m 高度不小于采高的 70H-采高m-立柱倾角-梁端距取 250350mm顶梁全长
