支架选型计算

支护设备选型（1）工作面顶板管理方式及支架型式国内外长壁工作面生产经验表明，液压支架是工作面装备中对生产能力影响最大的设备，因此必须把支架的可靠性放在首位，不但要稳定可靠，故障率低，而且使用寿命长。近年来液压支架朝重型化发展，结构型式简单实用，支架工作阻力不断增大，一般为6000kN～8000kN，最大达到10000kN。根据3号煤层顶、底板条件及工作面采煤设备配套的要求，设计本矿井回采工作面采用全部冒落法管理顶板。并结合工作面最大采高3.3m和邻近矿井机械化开采的实践经验，初步确定选用ZY3300/11/23型掩护式液压支架。1）支架支护强度支架的结构尺寸确定之后，与支架重量和成本关系最大的参数是支架的支护强度。从理论上分析，合理的支护强度应正好与顶板压力相平衡。支护强度过大，不仅增加支架重量和设备投资，而且给搬运、安装带来困难；过小则会造成顶板过早下沉、离层、冒落，使顶板破碎，造成顶板维护困难。因此支护强度的大小应取决于工作面采场矿压的大小。但由于目前对采场矿压的大小还不能进行准确的定量计算，主要以经验法或实测数据，来确定支架的支护强度。支架支护强度采用下列经验公式计算：cos1）（KqHq式中：q——液压支架的支护强度，MPa；H——采高，平均2.2m；——顶板岩石视密度，一般取2.3t/m3；K——顶板岩石破碎膨胀系数，一般取1.25～1.5；——工作面倾角，（°）；——附加阻力系数，二排柱支架取1.6，单排柱支架取1.2；q——顶板周期来压动载系数。q值可按以下情况选取：周期来压不明显顶板：q取1.1；周期来压明显顶板：q取1.3；周期来压强烈顶板：q取1.5～1.7。则：aqMP31.02.16cos13.13.13.22.2）（2）支架工作阻力支架工作阻力P应满足顶板支护强度要求，即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。310PFq式中：F——支架的支护面积，经计算得8.2m2。则：N2542102.831.0P3k对支撑式支架，支架立柱的总工作阻力等于支架工作阻力。对于掩护式和支撑掩护式支架，由于受到立柱倾角的影响，支架工作阻力小于支架立柱的总工作阻力。工作阻力与支架立柱的总工作阻力的比值，称为支架的支撑效率。所以支架立柱的总工作阻力p总为：pp总式中：——掩护式支架取=80%。则：N31558.02524kp总（2）支架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。液压支架的初撑力，对支架维护顶板的性能方面，要比工作阻力（支护强度）起着更加显著的作用。有足够初撑力的支架，一开始就能和顶板压力取得平衡，可最大限度地减小顶板下沉；初撑力偏低，要等顶板下沉时才能增阻，会增大顶板的下沉量；初撑力过大，会使顶板反复受拉导致直接顶蠕动，造成直接顶早剥离，使顶板管理困难。所以支架初撑力选择的合理与否，是非常重要的。目前在坚硬、中硬和破碎的顶板条件下，多趋向于采用较高的初撑力。现在支架的设计中初撑力已高达工作阻力（支护强度）的90％以上。根据有关资料介绍，初撑力与支护强度的比例关系，以顶板的的稳定性不同，一般在60～85％区内选取为宜。在确定初撑力时，可按以下原则考虑：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，约为工作作阻力的80%；对于稳定顶板，初撑力不易过大，一般不低于工作阻力的60%，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积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%。根据3号煤层顶板稳定性情况，顶板为石灰岩，底板为泥岩，属中等稳定顶板，因此，初撑力取工作阻力的80%，即为2524kN。（3）移架阻力及推溜力移架阻力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关，通常根据煤层的厚度来考虑，即采高愈大，移架阻力愈大。一般薄煤层支架的移架力为100～150kN；中厚煤层支架为150～300kN；厚煤层支架为300～400kN。推溜力一般为100～150kN。（4）支架结构高度的选择支架结构高度一般指支架的最大和最小结构高度，它必须适应煤层采厚变化所要求的最大和最小支撑高度。最小高度过大，可能会出现压架现象；最大支撑高度过小，可能会造成丢煤，浪费资源，或支架顶空现象。支架的最大和最小支撑高度，应根据煤层厚度的变化合理选择，片面地认为调高范围越大越好，过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本。支架高度可由下式计算：maxH=大h-1S+0.2minH=小h-2S-a-c式中：maxH——支架最大结构高度，m；minH——支架最小结构高度，m；大h——煤层最大采高，m；小h——煤层最小采高，m；1S——支架前柱上方顶板下沉量，一般取0.1m；2S——支架后柱上方顶板下沉量，一般取0.2m；a——支架前移时可缩余量，一般取不小于0.05m；c——支架与顶底板间的浮煤，破矸厚度一般取0.1m。则：maxH=3.3-0.1+0.2=3.4m；minH=2.15-0.2-0.05-0.1=1.8m；根据一些生产的实际经验，为防止伪顶冒落而引起支架顶空现象和一些难于预见的因素，最大结构高度maxH要在计算的基础上，再考虑增加0.1～0.3m的富裕量，因此，最大结构高度为3.8m。确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度。支架的伸缩比：1.28.18.3HHKminmaxssK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，sK值一般为1.6左右。若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱，其sK值一般为2.5左右。薄煤层支架可达3。（5）支架选型根据支护强度和支架结构高度等参数的计算，3号煤层采煤工作面选用ZY3600/11/23型掩护式液压支架，液压支架的技术参数见表5-1-5。表5-1-5支架技术参数项目单位技术参数备注设备型号ZY3600/11/23掩护式液压支架支架高度m1430～1600工作阻力kN3850-3500初撑力kN2441-2372支护强度MPa0.62-0.56底板比压MPa1.61推溜力kN306/484支架中心距m1.5移架步距m0.9泵站压力MPa31.5运输尺寸（长×宽×高）m6.5×1.43×2.0质量t13