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1、 安徽理工大学毕业设计1 绪论1.1 综采机械化采煤综采机械化采煤是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。因此，世界主要产煤国家综合机械化采煤技术和装备发展很快，高产高效综采工作面平均日产已达万吨以上，有的已达23万吨，个别的已达4万吨，建设高产高效矿井也成为世界煤炭工业的发展方向。一个年产200万吨300万吨的大型矿井只需布置1个综采工作面，年产400万吨500万吨的矿井也只要布置2个综采工作面即可，高产高效综采矿井已形成“一井一面”或“一井两面”的生产模式。其特点是综采工作面装备采用大功率电牵引采煤机、电液控制的大吨位液压支架及大运量输送机等机电一体化高
2、新技术。这样，矿井生产系统大大简化、生产高度集中、占用设备少，用人少、效率高、安全好、经济效益好，这是目前世界煤炭工业发展的趋势。普通机械化采煤工作面的配套设备，有采煤机、可弯曲刮板输送机和支护设备。因支护设备不同，其机械化程度也不一样。普通机械化采煤采用金属支架加铰接顶梁；高档普通机械化采用单位液压支架加铰接顶梁。普通机械化采煤工作面设备工作时也即采煤时，采煤机为单滚筒采煤机，骑在工作面刮板运输机上，首先沿工作面倾斜向上移动，把靠近顶板的煤采落并装入输送机，采过后裸露出的岩石顶板，用金属支柱和金属铰接顶梁支撑，以保护机器和工人的安全。采煤机采完全工作面顶部煤后，在返回下行采下部的余煤，并把所
3、有落在底板的煤装入输送机。紧跟在机器后用千斤顶把输送机推移至新的煤壁。推移距离等于采煤机滚筒截割深度，也称为步距，一般为0.6。同时把采空区后排支柱和铰接顶梁拆除，让顶板岩石冒落下来，即为回柱放顶。沿工作面全长这一工作过程称为一个工作循环。每个工作面的工作过程都是根据事先编制好的工作循环图表、按照一定程序工作的。回采工作面也可用双滚筒采煤机。在回采工作面中，为了保护工作面内机器和人员的安全生产，要对顶板进行支撑和管理，以防止工作面空间的顶板冒落。回采工作面使用的支护设备有金属摩擦支柱、单体液压支柱和自移式液压支架。他们与采煤机和工作面输送机分别组成“普采”、“高档普采”和“综采”设备。因而综合
4、机械化采煤少不了要用自移式液压支架。液压支架是以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它使支架的支撑、切顶、移架和输送机推移等工序全部实现了机械化。因而大大的改善了回采工作面的工作条件、降低了人们的劳动强度、有效的增加了劳动安全性，使工作面的产量和效率得到了很大的提高，并为工作面的自动化创造了条件。综上所述，大力发展综采机械化采煤，研制和使用液压支架式十分关键的。1.2 液压支架总述 液压支架使用现状 液压支架的设计、制造和使用，从1954年英国研制成功了液压支架发展到现在，已近基本成熟，它已经形成了能适应各种不同煤矿地质条件的各类液压支架。从液压支架的形式来看，由支撑式液压支架发展到
5、掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架；从支架的质量来看，有轻型液压支架、中型液压支架和重型液压支架；从支撑高度来看，有薄煤层液压支架、中厚煤层液压支架和厚煤层液压支架，其中厚煤层液压支架又分煤层一次采全高液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状来看，由过去的手工设计、制造和使用发展到全部计算机程序设计。总之，随着时代的发展和进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400mm，为减少割煤时间，一般采用0.81m截深。支架还采用屈服强度8001000MPa的钢板
6、，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为4050MPa，额定流量400500min可实现工作面成组或成排快速移架，移架速度达到68s架。美国是世界上最先进的采煤国家，澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩护式液压支架，支架的平均工作阻力为7640KN，英国也大力发展两柱掩护式液压支架，工作阻力有了很大提高，达到60008000KN。 液压支架的发展趋势 目前国内外在液压支架的设计、制造和使用中，新产品在不断的改进和研制中，下面做简单介绍。 1）前连杆设油缸的液压支架
7、 2）沿顶板移架的液压支架 3）适应特种条件下的液压支架 （1） 特厚煤层一次采全高液压支架 （2） 新型放顶煤液压支架 （3） 水采支架 （4） 重型支架 （5） 新型端头支架 （6） 大倾角工作面支架 4）液压支架结构设计方向 （1） 轻型化 （2） 标准化 （3） 材质强化 （4） 高压化 5）操纵自动化 能适应无人采煤工作面的需要，设计远程操作的新型全自动液压支架 我国液压支架与国外液压支架存在的差距及今后的发展趋势我国液压支架经过30多年的发展，尽管取得了显著的成绩，在双高矿井建设中出现过日产万吨甚至班产超万吨的记录，但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定差距。在支架架型功能上我国与
8、国外相差无几，有些地方特别是特厚煤层用的放顶煤支架，铺网支架，两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处，但国产液压支架技术含量偏低，电液控制阀可靠性差，所用钢材的耐压能力一般为16MPa，最好的屈服极限才700MPa，液压系统压力在35MPa以下，流量在200Lmin以内，供液管直径2535mm，回液管直径2550mm，最快移架速度为1012s架，工作阻力更是相对较低。今后，我国的液压支架的设计将朝技术含量大、钢板强度大、移架速度快（68s架）和电液控制阀的方向发展，对有破碎带和断层的工作面将加大支架的移架力，尽量采用整体可靠推杆和抬底座机构，并减少千斤顶数量。另外，将普遍采用额定压力为40M
9、Pa、额定流量为400Lmin的高压大流量乳化液泵站，以适应快速移架的需要：系统采用环形或双向供液，保证支架有足够的压力达到初撑力，保证支架接顶位置准确。两柱掩护式支架的比重将大大增加，缸的直径将增至360mm，端头支架，轻放多用途支架将被广泛采用。1.3 设计任务及意义设计的任务 任务：设计完成ZZ40001222型液压支架总体设计，伸缩梁、伸缩千斤顶的专题设计。设计意义在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工作人员的安全和个性工作的正常进行，必须对顶板进行支护。液压支架的出现解决了这个问题。液压支架作为综合机械化采煤方式中最重要的设备之一，因而研究液压支架
10、具有重要的意义。综合机械化不仅产量大，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。因此采煤综合机械化，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。液压支架式以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它能实现支撑、切顶、自移和推溜等工序，与大功率采煤机，大运量的可弯曲刮板输送机组成回采工作面的综合机械化设备。液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠性高等优点，它的使用能增加采煤工作亮的产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证生产安全。在综合机械化设备组成中，液压支架的重量约占综采设备总重量
11、的8090，成本占综采设备的70左右。而且，综采工作面的安全性也主要取决于支架的支护效果。因此，为了降低成本，提高开采效益，并使支架的结构与性能适应不同的围岩与煤层条件，各国均在积极开展液压支架的设计、试验和研究。按支架的设定架型、基本结构和一般性能的参数，设计典型支架，设计者根据已有的设计知识与经验，参考现有液压支架的结构与参数，或用类比法来设计支架。国内外整层垮落开采缓后煤层的采面矿压初步研究成果可知：随着采高加大，上覆岩层动压现象仍然存在，且表现频繁；直接顶越稳定，高支架支护效果越好；支架应具有足够的支护力，特别是对老顶来压强烈的顶板；采高加大后，应防止片帮、冒顶，尽力保持支架的稳定性，
12、为此提高支架刚度是十分重要的。2 总体设计2.1 原始资料设计题目ZZ40001222薄煤层液压支架设计 专题：伸缩梁、伸缩千斤顶设计原始资料架型 ZZ40001222支撑力 4000KN支撑高度 12dm22dm泵站：Pb31.5MPa；400Lmin安全阀调定压力：Pa40MPa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。有较大的初撑力可以使支架较快到达工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性，增加顶板的稳定性。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，约为工作阻力的80；对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的60，对于周
13、期来压强烈的顶板，为了避免大面积的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75。移架力与推溜力移架力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关。一般薄煤层支架的移架力为100150KN，中等厚度煤层支架为150300KN，厚煤层为300400KN。推溜力一般为100150KN。液压支架高度、采高确定支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件得到变化等因素来确定，其最大和最小高度为 Hm hmS1 （2-1） HnhnS2 （2-2）式中 Hm支架最大高度，由设计题目知：Hm=m； Hn支架最小高度，由设计题目知：Hn=m； hm煤层最大厚度（最
14、大采高）； hn煤层最小厚度（最小采高）； S1 伪顶冒落的最大厚度，一般取0.2； S2顶板周期来压时的最大下沉量，一般取0.2； 移架时支架的最小可缩量，一般取； 浮矸、浮煤厚度，一般取。 故最大采高hmm 最小采高 hn支架的伸缩比 支架的伸缩比指最大与最小高度之比，即 m=Hm/Hn=1.83 （2-3）由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同采高的采煤工作面，所以支架应具有较大的伸缩比。在采用双伸缩立柱时垛式液压支架的伸缩比为1.9；支撑掩护式液压支架为2.5；掩护式液压支架可达3.0。本设计的液压支架采用双伸缩带加长杆的立柱。中心距和宽度的确定支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前国内外液压支架中心距大部分采用。大采高支架为提高稳定性中心距可采用，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用。因此设计中欲取。支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为170200mm。当支架中心距为时，最小宽度一般取14001430mm，最大宽度一般取15701600mm。当支
