支撐掩護式液壓支架的選型思路

米發金

支撐掩護式液壓支架的選型思路

米發金

本文簡述了支撐掩護式液壓支架的主要特點；介紹了液壓支架基本結構部件形式的選擇思路；闡述了各主要參數的選擇計算方法。

支撐掩護；初撐力；周期來壓；伸縮比；四連桿；鉸接

支撐掩護式支架是在支撐式支架與掩護式支架后發展起來的一種支架，它可以在破碎頂板、中等穩定頂板、穩定頂板和松軟頂板等條件下適用。支撐掩護式支架主要是以支撐為主，同時兼有掩護作用的支架，它具有以下特點：

1)支撐能力大，頂梁受力狀態好，切頂性能強；

2)具有掩護梁，能有效地將工作區和采空區分開，防止矸石竄入；

3)支架穩定性較好，有較大的工作空間，便于通風和行人；

4)結構比較復雜，鋼材用量多，造價高。

1 液壓支架基本結構部件的選型

1.1 頂梁的結構形式與選擇

支架常用頂梁形式有三種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結構頂梁。其中鉸接頂梁的前端稱為前梁，后段為主梁，一般簡稱頂梁。

整體頂梁具有結構簡單，可靠性好等特點。為改善接頂效果和補償焊接變形，整體頂梁前端（800～1000mm）一般上翹1～3°。

鉸接式頂梁在前梁千斤頂的推拉下，可以上下擺動、對不平頂板的適應性強。鉸接式頂梁的支撐面積大，對斷面及其頂板的支撐切頂性能好，因而適用于頂板中等穩定以下的支撐掩護式支架。

1.2 護幫裝置形式的選擇

護幫板是提高液壓支架適應性的一種常用裝置。

護幫板的形式有：①簡單鉸接式；②四連桿式。

簡單鉸接式和四連桿式挑起力矩與千斤頂推力之比R：簡單鉸接式一般為70～80mm，四連桿式一般為150～250mm，后者是前者的2～3倍。由此可見，四連桿式護幫板是提高支架適應性的有效裝置。但是，四連桿式機構的連桿受結構限制，容易損壞。

1.3 支架側護板形式的選擇

支架側護板裝置一般由側護板、彈簧筒、側推千斤頂、導向桿和連接銷軸等組成。支架常用的活動側護板形式有直角式和折頁式兩種。

1)直角式

直角式側護板又分為直角式單側活動板和直角式雙側可調的活動側護板。

適用條件：幾乎所有的支撐掩護式支架都可采用；既可用于頂梁，也可用于掩護梁。

2)折頁式

適用條件：主要用于頂板比較穩定或堅硬頂板條件的支撐掩護式支架，只能用于頂梁。

1.4 底座

液壓支架常用的底座形式有三種，即整體剛性底座，底分式剛性底座和鉸接式分體底座。

1)整體剛性底座

整體剛性底座，其中檔前部一般有一高低為50～100mm小箱形結構，中檔后部上方為箱形結構，推移千斤頂一般安裝在箱形體之下。一般用于軟底板條件下工作面支架。

2)底分式剛性底座

底分式剛性底座是中分式的，中檔推移機構直接落在煤層底板上，前立柱柱窩前有過橋，中檔后部上方為箱形結構。但底分式剛性底座的接觸面積小，增大了對底板的比壓。

3)鉸接分體式底座

鉸接分體式底座分為左右相對獨立的兩部分，對底板不平的適應性好，減少了底座的扭轉和偏載載荷，但支架的整體剛性有所下降。

1.5 推移裝置的形式選擇

推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。

1)短推移桿

短推移桿是由鋼板組焊接而成的箱型結構件，結構簡單可靠，重量輕，被廣泛采用。

2)長推移桿

長推移桿常用形式有框架式、整體箱式和鉸接式。

一般框架式長推移桿由前后兩端組成，前段為箱式結構，后段為雙桿式結構和導向塊。框架式長推移桿適用于中型以下的支架。

整體箱式長推移桿，一般是由鋼板組焊接而成的整體箱式結構件，它的結構簡單、可靠性好，防止支架和輸送機下滑的性能好。

鉸接式長推移桿一般由前后兩段箱式結構組成，中間通過十字連接頭鉸接，可以上下左右擺動。它解決了整體箱式長推移桿不便更換的缺點，兼有短推移桿和長推移桿的雙重特點。

2 主要參數設計

2.1 支架的最大高度和最小高度

支架高度的確定原則，應根據所采煤層的厚度，采取范圍內地質條件的變化等因素來確定，其最大（H m）與最小（H n）高度為：

Hm ≥ hm + S1

Hn ≤ hn –S2 –a–σa

式中：hm——煤層最大高度；

hn——煤層最小高度；

s1——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度一般取2 0 0-3 0 0 m m；

s2——頂板周期來壓時的最大下沉量、移架使支架的下降量和頂梁上、底座下的浮矸、煤層厚度之和，一般取250-350mm；

a——移架時支架的最小可伸縮量，一般取5 0 m m；

σa——浮矸石、浮煤層厚度，一般取50mm。

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

支架的伸縮比是最大高度與最小高度之比值，即：

Ks = Hm / Hn = 2.6/1/4 = 1.86

Ks值的大小反映了支架對煤層厚度變化的適應能力，其值越大，說明支架適應煤層厚度變化的能力越強，采用單伸縮立柱，Ks值一般為1.6左右。為了降低造價，此處選擇帶機械加長桿的單伸縮立柱，其伸縮比可打到2.5，滿足要求。

2.2 梁端距b和頂梁長度的確定

梁端距取決于采高，為了防止采煤機與支架相碰，一般采高為1.3～3.5m，取b=0.2～0.35m；采高為3.5～5.0m，取b=0.3～0.45。這里取b=0.3m。

頂梁長度受支架形式、配套采煤機械截深（滾筒寬度）、刮板輸送機尺寸、配套關系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護方式等因素的制約。

頂梁長度=（配套尺寸+底座長度+L1cos β1）-（L1cos α 1+300+e）+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm）。

式中：配套尺寸——包括采煤機、運輸機、支護方式等相關尺寸，采用即時支護方式時，頂梁長度增加一個步距，一般為600mm；

e——支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；

α1、β1——支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角。

2.3 支架的中心距和寬度

支架中心距一般等于工作面一節溜槽長度。為適應中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。

支架寬度的確定應考慮支架的運輸、安裝和調架等要求。通常最小寬度取9 0 0～930mm，最大寬度取1070～1100mm。

2.4 底座長度

支撐掩護式支架的底座長度一般為4倍的步距，即為2.4m。

2.5 底座寬度

支架底座寬度一般為1.1～1.2m。為提高橫向穩定性和減少對底板比壓，厚煤層支架可加大到1.3m左右。

2.6 立柱位置的確定

支撐掩護式支架立柱一般為4根，立柱間人行道寬度不小于700mm，根據結構要求呈傾斜或直立布置。一般立柱在最高工作位置時，立柱軸線與頂梁垂線的夾角小于10°，由于夾角較小，有效支撐能力較大。

一般情況下，前立柱中心至梁端長度為1.9-2.5m，上柱窩至前梁千斤頂較點的長度為800mm左右，后柱中心至梁端部距離應大于擋矸裝置的尺寸，一般取300～800mm。后立柱下柱窩至后連桿和底座鉸點的距離一般為1000～1100mm，前后立柱下柱窩間距為800～1000mm。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.080