综合机械化采煤工作面

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1、综合机械化采煤工作面,普通机械化采煤工作面,第二篇 采煤工作面支护设备,第二篇 采煤工作面支护设备,采煤工作面支护设备是支撑和维护采煤工作面控顶区顶板，为采煤创造安全作业空间的设备。按结构特点和支护方式不同分单体支架、液压支架和特种支架。单体支架是由单体支柱与顶梁组成的支护设备。单体支柱为支撑于顶板或顶梁和底板之间的单根杆状构件。液压支架以液压为动力实现升降、前移等运动，既能支撑又能维护顶板的支护设备，为采煤工作面综合机械化的主要设备。特种支架按结构、功能等因素分为工作面锚杆支架、刚性或柔性掩护支架和气囊支架。,单体支柱和液压支架是工作面常用的支护设备，按工作特性分刚性、增阻可缩性和恒阻可缩性

2、。刚性支柱是受载过程中不可缩或可缩性很小的支柱。随着顶板下沉，作用在支柱的上的载荷会快速增加直至支柱破坏，如木支柱。刚性支柱属被动支护。增阻支柱(支架)是受载过程中支护阻力随顶板下沉而增加的可缩性支柱(支架)，如摩擦支柱。增阻支柱虽也属被动支护，但工作特性和支护效果均优于刚性支柱。恒阻支柱(支架)是受载达工作阻力后，压缩量增加，工作阻力基本保持恒定的可缩性支柱(支架)，如液压支架、单体液压支柱、液压放顶支柱等。,第二篇 采煤工作面支护设备,第九章 采煤工作面支护设备分类和结构,第一节 单体支护设备,单体支护设备包括木支柱、金属支柱和液压支柱。液压支柱分单体液压支柱和放顶支柱。,一、活塞式单体液

3、压支柱活塞式单体液压支柱按其供液方式不同，分内注式和外注式。,第一节 单体支护设备,1-顶盖；2-三用阀；3-活柱；4-缸体； 5-复位弹簧；6-活塞；7-底座； 8-卸载手把；9-注液枪；10-供液管,工作原理： 升柱、初撑、承载、卸载回柱,1. 升柱与初撑注液枪9插入三用阀2注液孔中，操作注液枪手把，高压液体由供液管10经注液枪和三用阀中的单向阀进入支柱下腔，活柱升起。,第一节 单体支护设备,2. 外注式单体液压支柱(DZ),支柱撑紧顶板不再升高时，松开注液枪手把，拔出注液枪。支柱内腔压力为泵站压力时支柱给顶板的支撑力为初撑力。,2. 承载当顶板压力超过三用阀中安全阀限定的工作阻力时，安全

4、阀打开，液体外溢，支柱内腔压力随之降低，支柱下缩。当支柱所受载荷低于额定工作阻力时，安全阀关闭，腔内液体停止外溢支柱载荷保持在额定工作阻力。,第一节 单体支护设备,3. 卸载降柱扳动卸载手把8，打开卸载阀，柱内工作液体排出柱外，活柱在自重和复位弹簧作用下缩回，完成卸载降柱。,第一节 单体支护设备,工作原理： 升柱、初撑、承载、卸载回柱,1-铰接顶盖；2-密封盖； 3-活柱;4-手把阀体； 5-油缸；6-复位弹簧； 7-底座；8-三用阀,第一节 单体支护设备,二、柱塞悬浮式单体液压支柱,支柱使用条件：煤层倾角小于25、底板不宜过软、顶板冒落后不影响支柱回收的地质条件。,优点(相比金属摩擦支柱)：

5、1.初撑力大，一般在70100kN；2.工作阻力大，且稳定；3.回柱安全灵活；金属摩擦支柱打松水平楔，活柱立即下落；4.工作面产量和效率高。缺点：初期投资较大(单体液压支柱价格约为金属摩擦支柱的45倍)。相比液压支架，单体液压支柱支护顶板的劳动量较大，但在采高和倾角变化大的煤层中，比液压支架适应性更好，初期投资少。,第一节 单体支护设备,支柱选用：最大高度 = 煤层最大厚度 - 顶梁高度；最小高度 = 煤层最小厚度 - ( 顶板最大下沉量+顶梁高度+支柱卸载高度)。,第一节 单体支护设备,单体液压支柱铰接顶梁配合使用。,顶梁选用： 长度与采煤机截深相同或成整数倍。,用于水平或缓倾斜煤层回采工作

6、面顶板支护。,第一节 单体支护设备,1-立柱；2-复位橡胶块；3-控制阀；4-推移千斤顶； 5-底座；6-操纵阀；7-连接头；8-防滑筋,四、放顶支柱(切顶支柱),用垮落法放顶时支设于采煤工作面与采空区交界线上专为放顶而安设的特种支柱。通常与摩擦支柱或单体液压支柱配合使用，起支撑和切断顶板作用，其千斤顶用于推溜移柱。,第一节 单体支护设备,第二篇 采煤工作面支护设备,第二节 液压支架工作原理和分类,第二节 液压支架工作原理和分类,(一)支架升降,1. 初撑操纵阀8处于升柱位置，高压液体经液控单向阀6进入立柱下腔，立柱上腔排液，活柱和顶梁升起支撑顶板。 顶梁接触顶板，立柱下腔压力达到泵站工作压力

7、，操纵阀置于中位，液控单向阀关闭，立柱下腔液体被封闭支架的初撑阶段支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。,第二节 液压支架工作原理和分类,2. 承载支架初撑后，进入承载阶段。顶板缓慢下沉，顶板对支架的压力增加，立柱下腔压力升高支架增阻过程。下腔压力超过安全阀5动作压力高压液体经安全阀泄出，立柱下缩 立柱下腔液体压力小于安全阀动作压力安全阀关闭，立柱工作阻力保持恒定恒阻过程。支架对顶板的支撑力称为工作阻力，由支架安全阀的调定压力决定。,第二节 液压支架工作原理和分类,3. 卸载操纵阀8处于降架位置，高压液体进入立柱上腔，打开液控单向阀6，立柱下腔排液立柱(支架)卸载下降。,支架工作时的支撑力变化分三

8、个阶段：开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段t0，初撑后至安全阀开启前的增阻阶段t1，安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段t2液压支架的阻力时间特性。,第二节 液压支架工作原理和分类,液压支架在低于额定工作阻力下工作时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用；在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在最大支撑力，具有可缩性，支架在保持恒定工作阻力下，随顶板下沉而下缩。增阻性主要取决于液控单向阀和立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。,第二节 液压支架工作原理和分类,(二)支架移动和推移输送机支架和输送机的前移由底座3上的推移千

9、斤顶4完成。移架：降柱卸载操纵阀使高压液体进入推移千斤顶活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把支架拉向煤壁。推移输送机：支架支撑顶板，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。,二、液压支架分类,第二节 液压支架工作原理和分类,液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点不同，分支撑式、掩护式和支撑掩护式。,第二节 液压支架工作原理和分类,(一)支撑式支架立柱支撑在顶梁上，没有掩护梁。,支撑式支架按结构分有垛式和节式两种。,第二节 液压支架工作原理和分类,支撑式支架结构特点：顶梁较长，长度4m左右；立柱多，46根，且垂直支撑；支架后部设复位装

10、置和挡矸装置，以平衡水平推力和防止矸石窜入工作空间内。,支撑式支架支护性能：支撑力大，作用点在支架中后部，切顶性能好；对顶板重复支撑次数多，易把完整的顶板压碎；抗水平载荷能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架工作空间和通风断面大。适应于缓倾斜、顶板稳定的薄与中厚煤层。,第二节 液压支架工作原理和分类,(二)掩护式支架以单排立柱为主要支撑部件并带有掩护梁的液压支架。用于直接顶中等稳定以下，顶板周期来压不强烈的采煤工作面。,根据立柱布置和支架结构特点，掩护式支架分支掩掩护式支架和支顶掩护式支架。,高位放顶煤液压支架,第二节 液压支架工作原理和分类,掩护式支架结构特点：掩护梁较宽以挡

11、住采空区的矸石进入作业空间，掩护梁上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。双纽线机构以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱支撑力间接作用于顶梁或直接作用于顶梁上。掩护式支架立柱较少，且倾斜布置，以增加支架调高范围，支架两侧有活动侧护板把密封架间。顶梁较短，一般在3.0m左右。,掩护式支架支护性能：支撑力较小，切顶性能差，顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁顶板，支护强度较大、均匀，掩护性好，能承受较大水平推力，对顶板反复支撑次数少，能带压移架。顶梁短，立柱倾斜布置，作业空间和通风断面小。,第二节 液压支架工作原理和分类,(三)支撑掩护式支架在支撑式和掩护式架型基础上发展，兼有这两种架型的主要技术特

12、征。适用于直接顶中等稳定、稳定和坚硬，周期压力强烈，底板软硬均可，煤层倾角一般不大于25o，煤层厚度14.5m，沼气涌出量适中的采煤工作面。,根据支架的结构特点分支顶支撑掩护式和支顶支掩支撑掩护式。,支撑掩护式液压支架技术性能：顶梁长，有整体刚性和分体铰接；有些顶梁带外伸或内伸的伸缩梁。多数支架有双人行通道，通风断面大；支撑合力在顶梁后部，切顶能力强；底座为整体结构，有底封式和底开式；立柱倾斜度小，支撑效率高，调高范围较小，适应煤层厚度的变化能力不如掩护式液压支架；前后排立柱受载经常不均，在同样煤层地质条件下要求其工作阻力和支护强度应高于掩护式液压支架；液压系统中的动力缸和控制元件多，操作较复

13、杂，影响移架速度。,第二节 液压支架工作原理和分类,第三节 液压支架结构,液压支架按适用工作面截高范围分薄煤层支架、中厚煤层支架和大采高支架。根据液压支架在工作面的位置分工作面支架、过渡支架(排头支架)和端头支架。按适用采煤方法分一次采全高支架、放顶煤支架、铺网支架和充填支架。按控制方式分为本架控制支架、邻架控制支架和成组控制支架。,一、薄煤层液压支架根据煤层厚度分类，薄煤层截高为0.51.3m。薄煤层支架结构特点：,第三节 液压支架结构,薄煤层支架结构特点：,1伸缩比大立柱多采用双伸缩立柱，薄煤层支架高度低、操作不太方便，立柱很少用带机械加长段结构。为满足大伸缩比要求，特别是掩护式支架，立柱

14、倾角较大，在低位状态工作时，支护效率较低。,2人行通道困难在瓦斯含量大，对通风有特殊要求的综采工作面，大多设计成双人行通道。支撑掩护式支架，前立柱前留有人行通道，在前、后立柱间再设计行人通道；掩护式支架，立柱前后各设一通道，利于通风，便于行人。对于通风没有特殊要求的综采工作面，大多设计成二柱掩护式液压支架，在柱前设置人行通道。,第三节 液压支架结构,3梁体薄伸缩比大，最低高度很低结构件设计既要满足强度要求，又要截面高度尺寸尽可能小结构件多采用高强度钢板、箱型结构，顶梁前部有的设计成板式结构，甚至是几层弹簧钢板叠加。,4结构交叉布置薄煤层支架在最低位置时，高度低，结构件除尽量薄之外，结构件间尽量

15、采用空间交错布置前连杆大多设计成单连杆，后连杆设计成双连杆，在最低位置时前、后连杆可以侧投影重叠而不干涉。底座设计成分底座、活联接，左、右底座中间为推移机构布置的空间。对于掩护式支架，平衡千斤顶和推移千斤顶采取交错布置。柱前多为人行通道，支架推杆前部大多设计成板式，厚度5070 mm。人行通道要求最小宽0.6m，净高0.4m。,第三节 液压支架结构,5简化结构支架结构要尽量简单，以减少事故，顶梁可设计成整梁，适当加宽顶梁宽度，一般可不设置活动侧护板。,第三节 液压支架结构,6提高控制系统自动化工作面行人困难操作系统最好实现成组控制、自动控制或邻架控制，以减轻工人体力劳动和提高安全程度、工作效率

16、及产量。,第三节 液压支架结构,二、中厚煤层液压支架 适用于煤层厚度1.33.5m的支架。,第三节 液压支架结构,1适应“三软”条件的液压支架设计三软：顶板软，易冒落；煤层软，易片帮；底板软，底板允许的比压小于6MPa。,1)架型选择“三软”条件支架宜选用掩护式和插腿式掩护支架顶梁较短，支架支撑的合力靠近煤壁，使靠近煤壁处支撑能力较强，也有条件改善底座对底板比压。,2)关键部件设计(1)顶梁设计顶板软支架顶梁尽可能短，如插腿式掩护支架。顶梁短，减少对顶板反复支撑次数，减轻其破碎度，使顶梁不易冒空。,(2)底座设计底座是支架的基础，必须有足够的强度和刚度。底座还起传力作用，合力作用点位置决定底座对底板比压的分布规律。减少底座前端对底板的比压是追求的目标之一。控制底座支反力在底座上作用点位置，可减少底座前端对底板的比压。对于掩护式支架，立柱上铰点在底座上垂足距底座前距离，对于软底板应大于500mm。如有可能，此值越大，底座前端对底板比压越小。,