支撑掩护式液压支架的选型思路

米发金

支撑掩护式液压支架的选型思路

米发金

本文简述了支撑掩护式液压支架的主要特点；介绍了液压支架基本结构部件形式的选择思路；阐述了各主要参数的选择计算方法。

支撑掩护；初撑力；周期来压；伸缩比；四连杆；铰接

支撑掩护式支架是在支撑式支架与掩护式支架后发展起来的一种支架，它可以在破碎顶板、中等稳定顶板、稳定顶板和松软顶板等条件下适用。支撑掩护式支架主要是以支撑为主，同时兼有掩护作用的支架，它具有以下特点：

1)支撑能力大，顶梁受力状态好，切顶性能强；

2)具有掩护梁，能有效地将工作区和采空区分开，防止矸石窜入；

3)支架稳定性较好，有较大的工作空间，便于通风和行人；

4)结构比较复杂，钢材用量多，造价高。

1 液压支架基本结构部件的选型

1.1 顶梁的结构形式与选择

支架常用顶梁形式有三种：整体顶梁、铰接顶梁和楔形结构顶梁。其中铰接顶梁的前端称为前梁，后段为主梁，一般简称顶梁。

整体顶梁具有结构简单，可靠性好等特点。为改善接顶效果和补偿焊接变形，整体顶梁前端（800～1000mm）一般上翘1～3°。

铰接式顶梁在前梁千斤顶的推拉下，可以上下摆动、对不平顶板的适应性强。铰接式顶梁的支撑面积大，对断面及其顶板的支撑切顶性能好，因而适用于顶板中等稳定以下的支撑掩护式支架。

1.2 护帮装置形式的选择

护帮板是提高液压支架适应性的一种常用装置。

护帮板的形式有：①简单铰接式；②四连杆式。

简单铰接式和四连杆式挑起力矩与千斤顶推力之比R：简单铰接式一般为70～80mm，四连杆式一般为150～250mm，后者是前者的2～3倍。由此可见，四连杆式护帮板是提高支架适应性的有效装置。但是，四连杆式机构的连杆受结构限制，容易损坏。

1.3 支架侧护板形式的选择

支架侧护板装置一般由侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。支架常用的活动侧护板形式有直角式和折页式两种。

1)直角式

直角式侧护板又分为直角式单侧活动板和直角式双侧可调的活动侧护板。

适用条件：几乎所有的支撑掩护式支架都可采用；既可用于顶梁，也可用于掩护梁。

2)折页式

适用条件：主要用于顶板比较稳定或坚硬顶板条件的支撑掩护式支架，只能用于顶梁。

1.4 底座

液压支架常用的底座形式有三种，即整体刚性底座，底分式刚性底座和铰接式分体底座。

1)整体刚性底座

整体刚性底座，其中档前部一般有一高低为50～100mm小箱形结构，中档后部上方为箱形结构，推移千斤顶一般安装在箱形体之下。一般用于软底板条件下工作面支架。

2)底分式刚性底座

底分式刚性底座是中分式的，中档推移机构直接落在煤层底板上，前立柱柱窝前有过桥，中档后部上方为箱形结构。但底分式刚性底座的接触面积小，增大了对底板的比压。

3)铰接分体式底座

铰接分体式底座分为左右相对独立的两部分，对底板不平的适应性好，减少了底座的扭转和偏载载荷，但支架的整体刚性有所下降。

1.5 推移装置的形式选择

推移杆的常用形式有正拉式短推移杆和倒拉式长推移杆两种。

1)短推移杆

短推移杆是由钢板组焊接而成的箱型结构件，结构简单可靠，重量轻，被广泛采用。

2)长推移杆

长推移杆常用形式有框架式、整体箱式和铰接式。

一般框架式长推移杆由前后两端组成，前段为箱式结构，后段为双杆式结构和导向块。框架式长推移杆适用于中型以下的支架。

整体箱式长推移杆，一般是由钢板组焊接而成的整体箱式结构件，它的结构简单、可靠性好，防止支架和输送机下滑的性能好。

铰接式长推移杆一般由前后两段箱式结构组成，中间通过十字连接头铰接，可以上下左右摆动。它解决了整体箱式长推移杆不便更换的缺点，兼有短推移杆和长推移杆的双重特点。

2 主要参数设计

2.1 支架的最大高度和最小高度

支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采取范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大（H m）与最小（H n）高度为：

Hm ≥ hm + S1

Hn ≤ hn –S2 –a–σa

式中：hm——煤层最大高度；

hn——煤层最小高度；

s1——考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可能靠初撑力所需要的支撑高度一般取2 0 0-3 0 0 m m；

s2——顶板周期来压时的最大下沉量、移架使支架的下降量和顶梁上、底座下的浮矸、煤层厚度之和，一般取250-350mm；

a——移架时支架的最小可伸缩量，一般取5 0 m m；

σa——浮矸石、浮煤层厚度，一般取50mm。

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

支架的伸缩比是最大高度与最小高度之比值，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越强，采用单伸缩立柱，Ks值一般为1.6左右。为了降低造价，此处选择带机械加长杆的单伸缩立柱，其伸缩比可打到2.5，满足要求。

2.2 梁端距b和顶梁长度的确定

梁端距取决于采高，为了防止采煤机与支架相碰，一般采高为1.3～3.5m，取b=0.2～0.35m；采高为3.5～5.0m，取b=0.3～0.45。这里取b=0.3m。

顶梁长度受支架形式、配套采煤机械截深（滚筒宽度）、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素的制约。

顶梁长度=（配套尺寸+底座长度+L1cos β1）-（L1cos α 1+300+e）+掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距（mm）。

式中：配套尺寸——包括采煤机、运输机、支护方式等相关尺寸，采用即时支护方式时，顶梁长度增加一个步距，一般为600mm；

e——支架由高到低顶梁前端点最大变化距离；

α1、β1——支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角。

2.3 支架的中心距和宽度

支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。

支架宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架等要求。通常最小宽度取9 0 0～930mm，最大宽度取1070～1100mm。

2.4 底座长度

支撑掩护式支架的底座长度一般为4倍的步距，即为2.4m。

2.5 底座宽度

支架底座宽度一般为1.1～1.2m。为提高横向稳定性和减少对底板比压，厚煤层支架可加大到1.3m左右。

2.6 立柱位置的确定

支撑掩护式支架立柱一般为4根，立柱间人行道宽度不小于700mm，根据结构要求呈倾斜或直立布置。一般立柱在最高工作位置时，立柱轴线与顶梁垂线的夹角小于10°，由于夹角较小，有效支撑能力较大。

一般情况下，前立柱中心至梁端长度为1.9-2.5m，上柱窝至前梁千斤顶较点的长度为800mm左右，后柱中心至梁端部距离应大于挡矸装置的尺寸，一般取300～800mm。后立柱下柱窝至后连杆和底座铰点的距离一般为1000～1100mm，前后立柱下柱窝间距为800～1000mm。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.080