Ll>50（M）
N≤0.3
Ll=25～50（M）
N<0.3
Ll>50（M）
本设计煤层顶板为坚硬性顶板，极难于冒落，采后需强制进行放顶，老顶分级为Ⅲ级，周期强烈来压。
三、液压支架的选型
液压支的选型，包括选择支架的架型，支架的结构参数和支架强度的确定。
1、液压支架的选型
液压支架根据对顶板的支护方式和结构特点不同，可分为支撑式、掩护式、支撑掩护式三种基本型式。
支撑式支架顶粱长，立柱多，且垂直支撑，工作阻力大，切顶能力强．通风断面大，后部有简单的挡矸装置，架间不撑紧，对顶板不密封，它适用于稳定或坚硬以上直接顶和周期来压明显或强烈的老顶条件。
掩护式支架有宽大的掩护梁可挡住采空区冒落的矸石，它的顶梁较短，支柱少且倾斜支撑，架间密封，支架工作阻力较小，切顶能力差，但由于顶粱较短控顶面积小，支护强度不一定小，它适用于不稳定和中等稳定直接顶条件。
支撑掩护式支架兼有支撑式和掩护式支架结构特点，顶梁较长，立柱较多，呈垂直或倾角较小倾斜支撑，故工作阻力大，切顶能力强，具有掩护梁架间密封，挡矸掩护性能好。
它适用稳定以下各类顶板，有取代支撑式支架的趋势，但它的结构复杂，重量较大，价钱较高。
当工作面直接顶类别，老顶级别已确定经过分析论证后，可按表1-4选择支架型式。
表1-4 适应不同类级顶板的架型及支护强度
老顶级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
直接顶类别
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
4
架 型
掩护式
掩护式
支撑式
掩护式
掩护式
支撑
掩护式
支撑式
支撑掩护式
支撑掩护式
掩护式
支撑
掩护式
掩护式
支撑
掩护式
采高<2.5m支撑式
采高>2.5m支撑掩护式
支架支护强度
（吨/米2）
采高（米）
11234
30
35（25）
45（35）
55（45）
1.3×30
1.3×35（25）
1.3×45（35）
1.3×55（45）
1.6×30
1.6×35
1.6×45
1.6×55
>2×30
>2×35
>2×45
>2×55
结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区
使用表1-5时，还应注意下列因素：
1）、煤层厚度大于2.5米，顶板有侧向推力时，一般不宜采用支撑式支架，煤层厚度在2.5～2.8米以上时，应选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，煤层厚度变化大时应采用调高范围大的双伸缩支柱。
2）、煤层烦角在10～15°（支撑式支架取下限，掩护式取上限）以上时，支架应有可靠的防滑防倒装置。
3）、底板强度、支架对底板比压应小于底板岩石允许抗压强度。
4）、瓦斯含量，瓦斯涌出量大的工作面，应优先选用通风断面大的支撑式或支撑掩护式支架。
5）、地质构造、断层发育、煤层厚度变化大，顶板允许暴露时间和面积分别为20分钟以下和5~8m2时，暂不宜采用综采设备。
6）、设备成本，能同时允许选用不同架型时，应优先选用价格便宜的支架。
另外，表2-4中的支护强度是指单位面积上的支撑力大小，括号内数字是掩护式支护强度；但允许有5％的波动范：
1.3，1.6，2分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ级老顶比1级老顶的增压倍数，Ⅳ级老顶由于地质条件变化较大，只给出最低限2，具体数字应根据实际情况确定，单体液压支柱的支护密度，可用表中的支护强度除以工作阻力计算。
表中采高系最大采高，具体采高下的支护强度可用插值法计算。
综合上述的条件，本设计应选用支撑掩护式支架，支架支护强度为1.6×45吨/米2的支架。
2、液压支架结构参数的确定
液压支架的结构参数，主要指液压支架的结构高度，液压支架的结构高度，应能适应采高的要求。
它根据煤层厚度（或采高）和采区范国内地质条的变化等因素来确定。
其选择的原则时：
在最大采高时，液压支架应能“顶得住”，在最小采高时，支架能“过得去”。
支架最大结构高度
和最小结构高度
，具体由下面经验公式计算：
式中
，
——煤层最大厚度和最小厚度，m（已知）；
——考虑伪顶，煤皮冒落后，支架仍有可靠初撑力所需要的支撑高度的补偿量；中厚煤层可取200mm，厚煤层可取300mm；薄煤层适当减小；
——顶板最大下沉量。
一般取支架后排立柱处顶板的下沉量，可借鉴邻近工作面的观测资料选取，若无这方面资辩，可按100~200mm选取，I级老顶取大值，Ⅳ级老顶取小值；
——支架卸载前移时，立柱伸缩余量，煤层厚度大于1.2m时，取80~100mm；
——支架顶粱上存留的浮煤和碎矸石厚度，一般取50~100mm。
即支架最大高度为
=3+0.2=3.2米
支架最小高度为
＝2.0－0.18－0.1－0.08＝1.64米
3、液压支架支护强度的确定
支架支护强度
：
支架单位支护面积上的支撑力。
它是衡量液压支架性能的一个重要参数，可由下列方法确定；
1）按经验公式估算
式中：
——作用于支架上的顶板岩石厚度系数，取7；
——最大采高，m；
——岩石容重，查表取2.3t/m3。
＝48.3吨/米2
根据计算结果查表1-4，选取
=1.6×55吨/米2的支架。
2）直接查表选取
根据顶板条件和煤层厚度，直接由表1-4中查取。
根据顶板条件和煤层厚度选取支架支撑掩护式满足工作面支护强度。
4、液压支架的型号选择
由上面计算出的支架最大和最小结构高度和支护强度的数值，从液压支架产品目录中选择ZY4000/18/38型液压支架，支架初撑力为314吨力，支架工作阻力为400吨力，泵站工作压力为350公斤力/厘米2，支架支护强度为70.7吨力/米2。
列出支架规格和主要技术参数表1-5。
支撑掩护式支架该机具有支撑效率高，切顶换能力强，支架稳定性好的特点。
采用分体顶梁铰接前梁形式，切顶效果好，便于运输。
采用前后双连杆形式，可减少支架重量改善底板比压的平均分布和前端比压。
表1-5支架规格和主要技术参数表
型号名称
ZY4000/18/38型支撑掩护式液压支架高度
主要技术参数
高度
m
中心距
m
宽度
m
初撑力
kN
工作
阻力
kN
支护
强度
MPa
底板比压（前端）
MPa
泵站
压力MPa
整体运输尺寸
mm
适应倾角
操纵方式
重量
t
1.8～3.9
1.5
1.41～1.58
3136～3236
3990～4118
0.72～0.78
0.45～1.96
35
4250×1410×1800
≤30°
本架控制
13.68
第三节单体液压支柱工作高度，支护强度及型式的选择
一、支柱最大工作高度
及最小工作高度Hmin的计算
=
=3.0-0.096=2.904 （米）
=2.0－0.20－0.96－0.08＝1.624 （米）
式中
，
——煤层最大，最小采高
c——顶梁高度c=96毫米
s——最大控顶距处顶板下沉量，可参阅液压支架方法选取20毫米。
a——支柱卸载高度，取80毫米。
二、单体液压支柱工作阻力及支护密度
单体液压支柱的工作阻力：
内注式及外注式随油缸直径及支撑高度不同，其额定工作阻力有25吨/柱，30吨/柱及35吨/柱，具体参数可查有关资料。
支护密度：
根据表1-4单体液压支柱的支护强度（表1-4采高为最大采高实际采高，与表1-4采高不同时，可用插值法算出实际采高下的支护强度）除以支柱工作阻力可求出每平方米所需支柱数。
三、单体液压支柱型式及铰接顶梁的选择
根据供液方式不同可分为内注式和外注式，外注式结构简单，重量和制造成本比内注式低，伸缩比大，但需配备液压泵和供液管路，宜用于中厚煤层中，内注式重量大，制造成本高，但不需配备液压泵及供液管路，灵活性大，在薄煤层中使用比较方便。
单体液压支柱铰接顶梁长度，应按采煤机截深整数倍选取，以便顶板的管理。
第四节滚筒采煤机的选型
正确选择和使用采煤机是提高采煤工作面，生产能力的一项主要任务，对采煤工作面的生产效率、能耗、安全等都具有重要影响，但采煤机选型涉及问题较多，目前还缺乏一套完善的计算方法。
它不仅与煤层的厚度，倾角及煤的物理机械性质、地质条件等有关，还要考虑与支护设备，运输设备之间配套关系，因此，在选型过程中要考虑多方面因素，综合分析后去确定。
一、采煤油机性能参数的计算确定
1、滚简直径的选择
为了使用和提高效率，选用双滚筒采煤机。
双滚筒采煤机滚简直径应大于最大采高
的一半，一般可按D=（0.52~0.6）
选取。
=0.55×3=1.65米
2、截深选择
截据阻抗为340牛顿/毫米，阻抗较大选用截据深度为0.6米的截深。
3、滚筒转速及截割速度
截齿最大切削厚度
hmax=
毫米
式中m——滚筒上的截齿数；
n——滚筒转速，转/分；
v——采煤机的牵引速度，米/秒。
滚筒直径1.65米，滚筒转速过高，循环煤会增多，装载效率降低，装煤效果不好，所以选用滚筒转速为40转/分为宜。
截割速度选用4米/秒。
4、采煤机的最小设计生产率
开动率选取0.20
由公式QMIN=
式中W——采煤机工作面日平均产量，吨/日，W=
=3000吨/日；
采煤机的最小设计生产率
QMIN=
=
=625吨/时
5、采煤机截割时的牵引速度
⑴根据采煤机最小设计生产率Qmin决定牵引速度V1
V1=
米/分
式中Qmin——采煤机最小设计生产率吨/时
H——采煤机平均采高米
B——采煤机平均截深米
R——煤的容重1.35吨/米3
V1=
=
=5.71米/分
⑵按截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2
Hmax=
毫米
式中Hmax——截齿最大的切削厚度毫米
V——牵引速度米/分
m——滚筒一条截线上安装的截齿数个
n——滚筒的转速
Hmax=
毫米
一般要求截齿的最大切削厚度应小于截齿伸出齿座长度的70﹪，即h1max=70%hmax即V2=
=70%V=3.99米/分
⑶、按液压支架推移速度决定牵引速度为V3
考虑截割时牵引速度V，应根据上述三方面情况综合分析后确定，其最大值应等于或大于V1，但应小于V2，并于V3相协调。
使采煤机能够满足工作面生产能力的要求，有可避免齿座或叶片参与截割，保证采煤机安全生产。
现选V=4.0米/分。
6、采煤机的生产率Q
Q=60HBVr=60×2.25×0.6×4.0×1.35=437吨/时
7、采煤机所需电机功率
采煤机的比能耗HWB=0.42（千瓦.小时/吨）
所选采煤机的比能耗
HWX=
=
=0.29~0.44（千瓦.小时/吨）
式中HWX——被截割煤的比能耗
HWB——基准煤的比能耗查阅参考表1-5
AX——被截割煤层的截割阻抗牛顿/毫米
A——基准煤的截割阻抗查表1-6得（240~360）牛顿/毫米
单滚筒采煤机的所需电机功率
N=
千瓦
式中Q——采煤机的生产率吨/小时
K1——功率利用系数，本设计选用一台电机驱动时取1
K2——功率水平系数，与牵引速度调节方式，电机超载能力等因素有关按表2-7查得本设计选用电机超载能力为2.0~2.2之间，牵引速度调节方式采用人工调节选取0.8N=
=
=192千瓦
双滚筒采煤机的后滚筒截割比能耗H1WX=K3×HWX
K3——表示后滚筒工作条件系数，由表2-8选取后滚筒开采煤层的下部向着前滚筒截割自由面的方向选取0.8。
N=
（0.6HWX+0.4H1WX）=
（0.6×0.35+0.4×0.8×0.35）=176千瓦
根据国产采煤机电机功率系列化的情况，本设计选用最接近的200——300千瓦电机即可。
8、采煤机的牵引力按表2-9查得250~300千牛。
二、初选采煤机及其配套设备
根据采高、滚筒直径、截深、生产率、电机功率、牵引立即牵引力及牵引速度等初选采煤机的型号为MG-300-SA。
成套型号ZC4-ZY38。
液压支架型号为ZY4000-18/38型。
刮板输送机型号为SGZ-830/500W,采高2.0-3.6米截深0.6米倾角小于30度,煤层硬度F为2-3,刮板输送机的敷设长度150米，额定运输能力600吨/小时,工作面走向长度大于800米。
顶板条件老顶级别为Ⅲ级直接定类别为4级支架初撑力为314吨力，支架工作阻力为400吨力，泵站工作压力为350公斤力/厘米2，支架支护强度为70.7吨力/米2。
三、初选采煤机主要技术参数的校核
1、最大采高的HMAx的校核
HMAx=A-
+Lsinmax+
米
式中A——采煤机高度（机身上平面至底板之间距离）米
H——采煤机截割部减速箱高度，一般等于电机高度米
L——摇臂长度（摇臂摆动中心到滚筒中心距离）米
amax——摇臂向上摆动最大角度
D——滚筒直径米
HMAx=A-
+Lsinmax+
=1.25-0.6/2+1.695×sin60+1.65/2=3.24米＞3米
最大采高符合设计要求。
2、最小采高的校核
Hmin＞A+h1+h2
式中h2——过机高度不应小于0.15米
h1——支架或交接顶梁高度取0.1米
hmin＞A+h1+h2=1.25+0.1+0.15=1.50米＜2.0米
最小采高符合设计要求。
3、卧底量校核
最大卧底量KMAX=A-
-sinβmax-
式中βmax摇臂向上摆动最大角度
KMAX=A-
-sinβmax-
=1.25-0.23-sin-22-0.825
=1.25-0.23+sin22-0.825=0.195米
卧底量小于90~300毫米满足设计要求
4、采煤机最大截割速度的校核
V1=
米/分
式中
——运输机的运输能力400吨/小时
H——平均采高2.5米
B——采煤机截深0.6米
r——煤的实体容重，r=1.35吨/米3
V1=
米/分=
=4.935米/分＞4.0米/分
本设计选择符合要求。
5、牵引阻力估算
采煤机移动时必须克服的牵引阻力T为
T=K2G+fd（cosa-k2+2k1）±Gsina吨力
式中f——磨檫系数取决于采煤机导向机构表面状况和湿度及采煤机运动速度等平均取0.18；
k1——经验系数，估算为0.7；
k2——估算系数因是
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