煤矿用液压支架设计标准.ppt

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第十章第十章液压支架设计液压支架设计第一节第一节采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类一、顶板组成一、顶板组成采场围岩包括煤层上方的直接顶、基本顶和煤层下方采场围岩包括煤层上方的直接顶、基本顶和煤层下方的直接底板。

的直接底板。

采场围岩的机械性质和运动特征对工作面支护设备选型采场围岩的机械性质和运动特征对工作面支护设备选型和支护参数选择至关重要。

和支护参数选择至关重要。

煤层采动后，因顶板出现变形、断裂和垮落，煤体被压煤层采动后，因顶板出现变形、断裂和垮落，煤体被压松和发生片帮，支护设备的载荷增大和底板鼓起等原因引松和发生片帮，支护设备的载荷增大和底板鼓起等原因引起的矿山压力显现。

起的矿山压力显现。

1-煤层煤层2-直接顶直接顶3-基本顶基本顶-冒落带冒落带-裂隙带裂隙带-弯曲下沉带弯曲下沉带第一节第一节采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类1-煤层煤层2-直接顶直接顶3-基本顶基本顶从开切眼向前推进，直接顶悬露面积逐渐增大，下沉和从开切眼向前推进，直接顶悬露面积逐渐增大，下沉和变形随之增大。

当推进到初次垮落步距变形随之增大。

当推进到初次垮落步距（从开切眼到工作从开切眼到工作面初次切顶线的距离面初次切顶线的距离）时，直接顶冒落，形成冒落带时，直接顶冒落，形成冒落带。

直接顶冒落，基本顶悬露。

随工作面推进，基本顶在矿直接顶冒落，基本顶悬露。

随工作面推进，基本顶在矿压作用下不断产生裂隙和变形，形成裂隙带压作用下不断产生裂隙和变形，形成裂隙带。

当达到极。

当达到极限垮落步距时发生断裂和垮落限垮落步距时发生断裂和垮落基本顶初次来压。

基本顶初次来压。

随工作面推进，基本顶周期垮落。

在弯曲下沉带随工作面推进，基本顶周期垮落。

在弯曲下沉带，裂，裂隙少，仅岩层间有离层现象，对支护设备载荷影响不大。

隙少，仅岩层间有离层现象，对支护设备载荷影响不大。

第一节第一节采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类二、顶底板稳定性特征及分类二、顶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直接顶是工作面支架首要的支护对象。

对直接顶的稳定直接顶是工作面支架首要的支护对象。

对直接顶的稳定性评价，是支架结构和支护参数选择的首要依据。

性评价，是支架结构和支护参数选择的首要依据。

影响顶板稳定性的主要因素：

影响顶板稳定性的主要因素：

（1）组成顶板岩石的坚硬程度和脆性特征。

用单轴抗压组成顶板岩石的坚硬程度和脆性特征。

用单轴抗压强度表征其坚硬程度，抗拉强度反映其脆性特征。

强度表征其坚硬程度，抗拉强度反映其脆性特征。

（2）顶板岩层分层厚度和分层强度沿厚度的分布。

涉及顶板岩层分层厚度和分层强度沿厚度的分布。

涉及刚度较大的岩层刚度较大的岩层（承载层承载层）和刚度较小的岩层和刚度较小的岩层（随动层随动层）的厚的厚度及相对关系。

度及相对关系。

（3）顶板岩体的完整程度。

以节理弱面的发育程度来表顶板岩体的完整程度。

以节理弱面的发育程度来表征，包括分层厚度和节理特征征，包括分层厚度和节理特征（密度、方向、组数密度、方向、组数）。

3个指标是反映直接顶稳定性的基本要素。

从岩层控制个指标是反映直接顶稳定性的基本要素。

从岩层控制需要出发，对直接顶的稳定性进行实用性分类。

需要出发，对直接顶的稳定性进行实用性分类。

第一节第一节采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类2基本顶矿压显现分级基本顶矿压显现分级基本顶基本顶（原称老顶原称老顶）指位于煤层直接顶之上，抗弯刚度较指位于煤层直接顶之上，抗弯刚度较大，较难跨落的岩层或岩层组合，其运动特征对于综采工大，较难跨落的岩层或岩层组合，其运动特征对于综采工作面支架设计和选型意义重大。

作面支架设计和选型意义重大。

基本顶断裂对工作面压力显现的影响程度取决于：

基本顶断裂对工作面压力显现的影响程度取决于：

（1）基本顶初次或周期来压步距基本顶初次或周期来压步距基本顶厚度、抗拉或基本顶厚度、抗拉或抗压强度及被裂隙弱化程度的综合反映。

抗压强度及被裂隙弱化程度的综合反映。

（2）直接顶垮落后的充填程度，用直接顶厚度与采高的直接顶垮落后的充填程度，用直接顶厚度与采高的比值表示。

比值表示。

（3）采高，在直接顶厚度一定情况下，采高愈大，矿压采高，在直接顶厚度一定情况下，采高愈大，矿压显现愈强烈显现愈强烈。

长壁工作面的开采边界条件，如周围未采、一侧采空、长壁工作面的开采边界条件，如周围未采、一侧采空、两侧采空等因素对围岩应力及基本顶断裂步距有一定的影两侧采空等因素对围岩应力及基本顶断裂步距有一定的影响，特别是当基本顶初次来压步距超过工作面长度响，特别是当基本顶初次来压步距超过工作面长度1/2时，时，影响显著影响显著进行基本顶进行基本顶初次来压步距等效值初次来压步距等效值计算。

计算。

第一节第一节采煤工作面顶板组成及其分类采煤工作面顶板组成及其分类3采煤工作面底板分类采煤工作面底板分类对综采工作面围岩控制有重要影响的是直接底板对支架对综采工作面围岩控制有重要影响的是直接底板对支架的抗压入特性。

的抗压入特性。

底板抗压入特性分脆性、塑脆性和塑性类型。

底板抗压入特性分脆性、塑脆性和塑性类型。

每种类型分增阻型和降阻型两类，共同特点是在支架未每种类型分增阻型和降阻型两类，共同特点是在支架未压入底板前，底板具有线弹性特征，具有不同的抗压缩刚压入底板前，底板具有线弹性特征，具有不同的抗压缩刚度；支架或支柱压入底板后抗压缩刚度显著降低，顶板下度；支架或支柱压入底板后抗压缩刚度显著降低，顶板下沉显著增大。

沉显著增大。

第二节第二节支架架型选择支架架型选择在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上，综合分在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上，综合分析不同地质条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不析不同地质条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不同支架的结构力学特征，为支架选型提供依据。

同支架的结构力学特征，为支架选型提供依据。

液压支架选型准则液压支架选型准则液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件：

液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件：

直接顶稳定性类型；直接顶稳定性类型；基本顶级别及相应矿压显现参数基本顶级别及相应矿压显现参数（初次和周期来压步初次和周期来压步距，来压时载荷，直接顶厚度距，来压时载荷，直接顶厚度）；底板类别及相应的力学参数底板类别及相应的力学参数（容许载荷强度，抗压缩容许载荷强度，抗压缩刚度刚度）；截高，煤层强度，节理方向，煤层厚度变化等；截高，煤层强度，节理方向，煤层厚度变化等；煤层倾角和工作面推进方向；煤层倾角和工作面推进方向；瓦斯等级和必需的通风断面等。

瓦斯等级和必需的通风断面等。

选型顺序：

选型顺序：

根据直接顶、基本顶、底板类型初步选定基本架型；根据直接顶、基本顶、底板类型初步选定基本架型；考虑上述考虑上述诸因素选定具体结构，包括顶梁、底诸因素选定具体结构，包括顶梁、底座、侧护结构等；座、侧护结构等；根据地质条件和矿压显现参数，计算支架必需的支护根据地质条件和矿压显现参数，计算支架必需的支护强度和相应的额定工作阻力。

强度和相应的额定工作阻力。

考虑顶底板含水层条件，验算支架对底板比压或载荷考虑顶底板含水层条件，验算支架对底板比压或载荷强度。

强度。

验算通风断面、风流、风速等。

如果瓦斯涌出量较大，验算通风断面、风流、风速等。

如果瓦斯涌出量较大，避免用插底式支架。

避免用插底式支架。

第二节第二节支架架型选择支架架型选择第二节第二节支架架型选择支架架型选择根据使用经验，在综采工作面支架选型时，根据使用经验，在综采工作面支架选型时，注意：

注意：

（1）不稳定和中等稳定顶板优先选用掩护式支架。

在底不稳定和中等稳定顶板优先选用掩护式支架。

在底板极松软条件下，严格验算并限制支架底座尖端比压，不板极松软条件下，严格验算并限制支架底座尖端比压，不得超过底板容许比压即极限载荷强度得超过底板容许比压即极限载荷强度避免使用重型支架避免使用重型支架

（2）非常稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十非常稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十分强烈的顶板，优先考虑选取支撑掩护式支架。

分强烈的顶板，优先考虑选取支撑掩护式支架。

（3）顶板不平，四柱式支架中总有一根支柱对顶板的实顶板不平，四柱式支架中总有一根支柱对顶板的实际支撑力很低际支撑力很低掩护式支架支撑能力利用率高于四柱式掩护式支架支撑能力利用率高于四柱式（二二柱式支架对顶板的实际支撑力高于同样名义额定阻力的四柱式支架对顶板的实际支撑力高于同样名义额定阻力的四柱式支架，特别是对机道上方顶板的支护强度柱式支架，特别是对机道上方顶板的支护强度）。

（4）不稳定顶板条件下使用四柱式支架注意对机道上方不稳定顶板条件下使用四柱式支架注意对机道上方的顶板控制，包括增加前柱阻力及可伸缩前梁等。

的顶板控制，包括增加前柱阻力及可伸缩前梁等。

第三节第三节支架参数确定支架参数确定一、支架高度一、支架高度首先确定支架适用煤层的平均截高，然后确定支架高首先确定支架适用煤层的平均截高，然后确定支架高度。

度。

支架最大结构高度支架最大结构高度支架最小结构高度支架最小结构高度Mmax、Mmin为煤层最大、最小截高，为煤层最大、最小截高，mm；S1考虑伪顶冒落的最大厚度。

大采高支架取考虑伪顶冒落的最大厚度。

大采高支架取200400mm，中，中厚煤层支架取厚煤层支架取200300mm，薄煤层支架取，薄煤层支架取100200mm；S2考虑周期来压时的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、考虑周期来压时的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底板下的浮矸之和。

大采高支架取底板下的浮矸之和。

大采高支架取500900mm，中厚煤层支架取，中厚煤层支架取300400mm，薄煤层支架取，薄煤层支架取150250mm。

第三节第三节支架参数确定支架参数确定支架调高范围：

支架调高范围：

支架的最大结构高度与最小结构高度之差。

支架的最大结构高度与最小结构高度之差。

调高范围越大，支架适用范围越广，但过大调高范围给调高范围越大，支架适用范围越广，但过大调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。

支架结构设计造成困难，可靠性降低。

支架最大结构高度和最小结构高度取值应符合规定。

支架最大结构高度和最小结构高度取值应符合规定。

支架伸缩比：

支架伸缩比：

支架的最大结构高度与最小结构高度之比。

支架的最大结构高度与最小结构高度之比。

二、支护强度和工作阻力二、支护强度和工作阻力支护强度：

支护强度：

支架有效工作阻力与支护面积之比。

支架有效工作阻力与支护面积之比。

顶板所需支护强度取决于顶板等级和煤层厚度。

制订不顶板所需支护强度取决于顶板等级和煤层厚度。

制订不同顶板等级的支护强度标准，支护强度按规定选用或按经同顶板等级的支护强度标准，支护强度按规定选用或按经验公式估算验公式估算K作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取58；M截高，截高，m；岩石密度，一般取岩石密度，一般取2.5103kg/m3第三节第三节支架参数确定支架参数确定第三节第三节支架参数确定支架参数确定支架支撑顶板的有效工作阻力支架支撑顶板的有效工作阻力F支架的支护面积，支架的支护面积，m2L支架顶梁长度，支架顶梁长度，m；C梁端距，梁端距，m；B支架顶梁宽度，支架顶梁宽度，m；K架间距，架间距，m支撑效率支撑效率：

有效工作阻力与支架工作阻力之比值。

有效工作阻力与支架工作阻力之比值。

支撑式支架支撑效率为支撑式支架支撑效率为100%；掩护式和支撑掩护式支架顶梁与掩护梁铰接，立柱斜撑，掩护式和支撑掩护式支架顶梁与掩护梁铰接，立柱斜撑，支撑效率小于支撑效率小于1，初选支架时可取，初选支架时可取80%左右。

左右。

第三节第三节支架参数确定支架参数确定三、中心距和宽度三、中心距和宽度支架中心距支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。

一般等于工作面一节溜槽长度。

液压支架中心距大部分采用液压支架中心距大部分采用1.5m。

大采高支架为提高稳。

大采高支架为提高稳定性，中心距可采用定性，中心距可采用1.75m，轻型支架为适应中小煤矿工，轻型支架为适应中