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1、第三章第三章 支护设备支护设备本章教学的重点与难点本章教学的重点与难点重点：重点：液压支架的组成及工作原理液压支架的组成及工作原理难点：难点：液压支架型号、类型和结构液压支架型号、类型和结构本章教学的目的与要求本章教学的目的与要求了解：了解：液压支架的型号；特种液压支架的结构与性能特点；液压支架的电液控制系统；液压支架的型号；特种液压支架的结构与性能特点；液压支架的电液控制系统；立柱的种类，控制阀的作用和组成。立柱的种类，控制阀的作用和组成。掌握：掌握：支护设备的作用及液压支护设备的种类、单体支柱的类型及工作原理；液压支架支护设备的作用及液压支护设备的种类、单体支柱的类型及工作原理；液压支架
2、各部件的功能和作用；乳化液泵站的功用、组成及其液压系统的工作过程。各部件的功能和作用；乳化液泵站的功用、组成及其液压系统的工作过程。第三章第三章 支护设备支护设备第三章第三章 支护设备支护设备第一节第一节 概述概述 一、支护设备的种类一、支护设备的种类一、支护设备的种类一、支护设备的种类 回采工作面支护设备用于支撑工作面顶板、阻挡顶板冒落的岩石窜入作业空间，以保证工作面回采工作面支护设备用于支撑工作面顶板、阻挡顶板冒落的岩石窜入作业空间，以保证工作面内机器生产和人员安全。内机器生产和人员安全。支护设备主要有金属摩擦支柱、单体液压支柱和自移式液压支架。支护设备主要有金属摩擦支柱、单体液压支柱和自
3、移式液压支架。金属摩擦支柱劳动强度大、安全性差、工作面产量低，现已淘汰。金属摩擦支柱劳动强度大、安全性差、工作面产量低，现已淘汰。单体液压支柱与铰接顶梁配套使用，一定程度提高了安全性、产量和效率，降低了劳动强度，单体液压支柱与铰接顶梁配套使用，一定程度提高了安全性、产量和效率，降低了劳动强度，由于依靠人工操作，劳动强度仍然较大，安全性较差，限制了工作面的产量和效率。由于依靠人工操作，劳动强度仍然较大，安全性较差，限制了工作面的产量和效率。液压支架实现了支架动作的机械化，改善了工作条件，提高了安全性、产量和效率，为自动化液压支架实现了支架动作的机械化，改善了工作条件，提高了安全性、产量和效率，为
4、自动化工作面提供了条件。工作面提供了条件。第一节第一节 概述概述二、采煤工作面围岩关系二、采煤工作面围岩关系二、采煤工作面围岩关系二、采煤工作面围岩关系 采煤工作面的围岩包括煤层顶板和底板，不同赋存条件的煤层具有不同的顶、底板岩层。为采煤工作面的围岩包括煤层顶板和底板，不同赋存条件的煤层具有不同的顶、底板岩层。为有效控制工作面顶板，需要研究采煤工作面围岩的关系，把顶板、底板岩石根据其不同特征进行有效控制工作面顶板，需要研究采煤工作面围岩的关系，把顶板、底板岩石根据其不同特征进行分类，针对不同类型的顶板和底板特点，采取不同的控制方法，选用不同类型的液压支架。分类，针对不同类型的顶板和底板特点，采
5、取不同的控制方法，选用不同类型的液压支架。(一一一一)顶、底板的组成顶、底板的组成顶、底板的组成顶、底板的组成 采煤工作面的围岩包括煤层上方的顶板和下方的底板。采煤工作面的围岩包括煤层上方的顶板和下方的底板。采场围岩的顶、底板按照它和煤层的采场围岩的顶、底板按照它和煤层的相对位置及其特征，可分为伪顶、直接顶、基本顶、直接底、基本底等。它们的机械性质和运动相对位置及其特征，可分为伪顶、直接顶、基本顶、直接底、基本底等。它们的机械性质和运动特征对支护设备选型选择至关重要。特征对支护设备选型选择至关重要。第一节第一节 概述概述顶板顶板伪顶伪顶直接顶直接顶基本顶基本顶底板底板直接底直接底基本底基本底1
6、.伪顶伪顶 伪顶伪顶直接位于煤直接位于煤层层上方，是极易上方，是极易垮垮落的一落的一层层岩石，岩石，经经常随采随常随采随垮垮。通常由炭。通常由炭质页质页岩和泥岩和泥质页质页岩岩组组成，厚度成，厚度一般一般为为0.20.4m，最大厚度可达，最大厚度可达1m以上以上。伪顶伪顶厚度厚度变变化很大，即使同一煤化很大，即使同一煤层伪顶层伪顶厚厚度度变变化也很大，有些煤化也很大，有些煤层层不出不出现伪顶现伪顶，直接覆盖直接，直接覆盖直接顶顶。伪顶对伪顶对支支护设备护设备的使用一般无影响。的使用一般无影响。2.直接直接顶顶 直接直接顶顶是指位于是指位于伪顶伪顶或直接位于煤或直接位于煤层层上方的一上方的一层层
7、或几或几层层岩岩层层，厚度由几米至十几米不等。直，厚度由几米至十几米不等。直接接顶为顶为泥泥质页质页岩、岩、页页岩、砂岩、砂质页质页岩等岩等较较易易垮垮落的岩落的岩层层，一般随移架能，一般随移架能较较快地自由冒落。但有快地自由冒落。但有时时砂砂质页质页岩的岩的顶顶板移架后在采空区也可能出板移架后在采空区也可能出现现范范围围不大的不大的悬顶悬顶。直接直接项项下部下部1.52.0m厚的岩厚的岩层层叫直接叫直接顶顶的下位岩的下位岩层层，其，其稳稳定性定性对对支支护护方式及架型方式及架型选择选择有决定性的影响。有决定性的影响。第一节第一节 概述概述3.基本基本顶顶 基本基本顶顶是位于直接是位于直接顶顶
8、之上厚面之上厚面坚实坚实、节节理裂隙和理裂隙和层层理都不理都不发发育的整体岩育的整体岩层层，通常由砂岩、厚，通常由砂岩、厚层层石灰岩或砂石灰岩或砂砾砾岩等构成。基本岩等构成。基本顶顶要在工作面向前推要在工作面向前推进进一定距离、暴露一定面一定距离、暴露一定面积积后才后才垮垮落一次。落一次。基本基本顶顶来来压垮压垮落前，工作面落前，工作面压压力力显现显现强强烈，基本烈，基本顶顶活活动动强强烈与否和直接烈与否和直接顶顶有密切关系。有密切关系。直接直接顶顶厚度大，采空区充填好，基本厚度大，采空区充填好，基本顶顶一般不会一般不会垮垮落，只出落，只出现现一些弯曲下沉，一些弯曲下沉，对对工作面影响工作面影
9、响不大。基本不大。基本顶顶的主要特征是厚度大，的主要特征是厚度大，较坚较坚硬不易硬不易垮垮落，常能在采空区落，常能在采空区维维持很大持很大悬悬露面露面积积而不随直而不随直接接顶顶一起一起垮垮落，其落，其垮垮落步距的落步距的长长短短对对支支护设备护设备的的载载荷大小有决定性影响。荷大小有决定性影响。4.直接底直接底 位于煤位于煤层层下面的岩下面的岩层层称称为为直接底。直接底常直接底。直接底常发发生底板鼓起或滑帮生底板鼓起或滑帮现现象，当直接底岩石不象，当直接底岩石不够坚够坚硬硬时时，支架易，支架易压压入底板。直接底一般由入底板。直接底一般由页页岩、砂岩、砂页页岩等岩等组组成，其抗成，其抗压压强强
10、度大小度大小对对支支护设备护设备的底座与的底座与底板的接触比底板的接触比压值压值有有严严格限制。格限制。第一节第一节 概述概述5.基本底基本底 位于直接底下面的岩位于直接底下面的岩层层叫做基本底，采煤工作面的叫做基本底，采煤工作面的围围岩在煤岩在煤层层采采动动后，因后，因顶顶板出板出现变现变形断裂和形断裂和垮垮落，煤体被落，煤体被压压松和松和发发生片帮，支生片帮，支护设备护设备的的载载荷增大和底板鼓起等原因，引起荷增大和底板鼓起等原因，引起矿矿山山压压力力显现显现。采煤工作面采煤工作面顶顶板和板和矿压显现矿压显现如如图图所示。所示。1 1煤层；煤层；2 2直接顶；直接顶；3 3基本顶；基本顶；
11、垮落带；垮落带；裂隙带；裂隙带；弯曲下沉带弯曲下沉带第一节第一节 概述概述(二二二二)顶顶顶顶、底板稳定性特征及分类、底板稳定性特征及分类、底板稳定性特征及分类、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 我国将煤层回采工作面的直接顶分为四类我国将煤层回采工作面的直接顶分为四类:不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、坚硬顶板。不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、坚硬顶板。其中，不稳定顶板俗称破碎顶板，这种顶板的直接顶基本上是松软易垮落的泥质页岩层，容易破碎；其中，不稳定顶板俗称破碎顶板，这种顶板的直接顶基本上是松软易垮落的泥质页岩层，容易破碎；中等稳定顶板的直接顶基本上是中等强度的
12、砂质页岩和强度较大的砂砾岩，下部直接顶的强度较高，中等稳定顶板的直接顶基本上是中等强度的砂质页岩和强度较大的砂砾岩，下部直接顶的强度较高，局部较完整；稳定顶板即完整顶板，不易发生局部冒落；局部较完整；稳定顶板即完整顶板，不易发生局部冒落；坚硬顶板坚硬顶板直接顶为厚层的硬砂岩或砂砾岩，直接顶为厚层的硬砂岩或砂砾岩，顶板完整无裂隙。顶板完整无裂隙。直接顶稳定性划分常用分类指标来直接反映支架对直接顶顶板控制的难易程度。分类指标按反直接顶稳定性划分常用分类指标来直接反映支架对直接顶顶板控制的难易程度。分类指标按反映顶板稳定性的岩石单向抗压强度（映顶板稳定性的岩石单向抗压强度（Rc）与节理裂隙间距（）与
13、节理裂隙间距（I）和分层厚度（）和分层厚度（h）综合而成的强度指）综合而成的强度指数（数（D）来确定。）来确定。第一节第一节 概述概述2.基本基本顶顶分分类类基本基本顶顶位于直接位于直接顶顶之上，抗弯之上，抗弯刚刚度度较较大，大，较难垮较难垮落的岩落的岩层层或岩或岩层组层组合，其运合，其运动动特征特征对对于于综综采采工作面支架工作面支架设计设计和和选选型有重要意型有重要意义义。基本基本顶顶断裂断裂对对工作面工作面压压力力显现显现的影响程度取决于以下方面：的影响程度取决于以下方面：（1）基本）基本顶顶初次或周期来初次或周期来压压步距。它是基本步距。它是基本顶顶厚度、抗拉或抗厚度、抗拉或抗压压强强
14、度及被裂隙弱化程度的度及被裂隙弱化程度的综综合反映。合反映。（2）直接）直接顶垮顶垮落后的充填程度。落后的充填程度。（3）截高。）截高。在直接在直接顶顶厚度一定的情况下，截高越大，厚度一定的情况下，截高越大，矿压显现矿压显现越越强强烈。烈。基本基本顶顶来来压压强强弱分分弱分分为为四四级级：不明：不明显显、明、明显显、强强烈和极烈和极强强烈。烈。第一节第一节 概述概述3.采煤工作面底板分采煤工作面底板分类类底板分底板分类类有利于底板控制的有利于底板控制的优优化化设计设计。底板分。底板分类类的基本原的基本原则则是：以是：以实测实测的底板容的底板容许许极限极限载载荷荷作作为为基本指基本指标标、底板、
15、底板压压入入刚刚度作度作为辅为辅助指助指标对标对工作面底板工作面底板进进行分行分类类，以此作，以此作为为支架支架选选型和型和围围岩可岩可控性分控性分类类的基本依据，避免支架或支柱在相的基本依据，避免支架或支柱在相应类别应类别工作面出工作面出现压现压入入现现象。象。第一节第一节 概述概述第二节第二节 液压支架的工作原理液压支架的工作原理 液压支架主要实现升架、降架、推移输送机和移架四个基本动作，是利用乳化液泵站提供的液压支架主要实现升架、降架、推移输送机和移架四个基本动作，是利用乳化液泵站提供的高压乳化液，通过液压控制系统控制不同功能的液压缸来实现。每架支架的进、回液管路都与连高压乳化液，通过液
16、压控制系统控制不同功能的液压缸来实现。每架支架的进、回液管路都与连接泵站的工作面主供液管路和主回液管路并联，全工作面的支架共用一个集中的泵站作为液压动接泵站的工作面主供液管路和主回液管路并联，全工作面的支架共用一个集中的泵站作为液压动力源。工作面的每架支架形成各自独立的液压系统，操纵阀可设在本架内，也可装在相邻支架上，力源。工作面的每架支架形成各自独立的液压系统，操纵阀可设在本架内，也可装在相邻支架上，前者称为前者称为“本架操作本架操作”，后者为，后者为“邻架操作邻架操作”。一、液压支架的组成一、液压支架的组成一、液压支架的组成一、液压支架的组成 液压支架的结构主要由顶梁、立拄、掩护梁、底座、推移装置、阀件、管路系统、连接部件液压支架的结构主要由顶梁、立拄、掩护梁、底座、推移装置、阀件、管路系统、连接部件及各种附属装置等组成，可归纳为承载结构件、动力液压缸、控制操纵元件及辅助装及各种附属装置等组成，可归纳为承载结构件、动力液压缸、控制操纵元件及辅助装置置4部分部分。1.承载结构件承载结构件 承载结构件包括顶梁、掩护梁和底座等。目前广泛应用的是刚性铰接顶梁，由主梁、前梁承载结构件包括顶梁
