L>50（M）
N<0.3
Li=25〜50（M）
N<0.3
Li>50（M）
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、架型的选择
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。
支撑式支架顶梁长，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，但由于顶梁较短控顶面积小，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
n
出
V
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
掩屛
式
奄护式，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
采咼＜2.5m支撑式，
采高＞2.5m支撑掩
护式
支架支
护强度
/.MPa
采高
（米）
1
0.3
1.3X0.3
1.6X0.30
>2X0.30
结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区
2
0.35
（0.25）
1.3X0.35（0.25）
1.6X0.35
>2X0.35
3
0.45
（0.35）
1.3X0.45（0.35）
1.6X0.45
>2X0.45
4
0.55
（0.45）
1.3X0.55（0.45）
1.6X0.55
>2X0.55
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5~8m时，暂不宜米用综米设备。
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1-4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、U、W级老顶比1级老顶的增压倍数，W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。
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Hmax和最小结构高度Hmin，具体由下面经验公式计算：
Hmax=hmax+a=2.4+0.2=2.6（m）
Hmin=hmin-S2-b-c=2.0-0.15-0.05-0.05=1.75（m）
式中,Hmax,Hmin:
煤层最大米高和最小米高，m（已知）；
a:
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的补偿量；一般取0.2~0.3m，中厚煤层取小值，厚煤层取大值，薄煤层适当减小。
S2最大控顶距处顶板下沉量，一般取0.1~0.2m。
b:
支架卸载前移时，最小可伸缩量，一般取0.05m；
c：
支架顶梁上留存的浮煤和碎矸石厚度，一般取0.05m；
3、支架支护强度的确定.
支架支护强度Q：
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
q=KH怒10-2MPa
q=8X2.4x2.5x10-2=0.48MPa
式中：
K――作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取4—8;顶板较好时、
周期来压不明显时，取低值，否则取高值；日本取5,苏联取6—9；英国取5—7;我国中厚煤层取6—8；
H——最大采高，m；
R——岩石容重，一般取2.5t/m3。
液压支架的伸缩比
液压支架的伸缩比Ks定义为支架最大支撑高度和支架最小支撑高度之比，它反映了支架对采高的适应能力。
Ks=Hmax/Hmin=2.4/2.0=1.2
支架支撑顶板的有效工作阻力
Q=qFXlO3KN
故工作阻力
Q=qFX103=0.48X5.71X103=2740.8（KN）。
上式F为支架的支护面积，m2
F=（L+C）（B+K）m2
L:
支架顶梁长度，m
C:
梁端距，m
B:
支架顶梁宽度，m
K:
架间距，m
选定液压支架为ZZ4000/17/35的支护面积为5.71m2。
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、选择液压支架型号
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合适液压支架的型号，并列出支架规格和主要技术参数表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。
综合以上数据，初步选定液压支架型号ZZ4000/17/35
ZZ400CK17/35液压支架技术参数
总体
型式
支撑掩护式
支撑高度
1.7-3.5m
支护宽度
1.43-1.60m
工作阻力
4000KNP=31.5MPa
初撑力
3141.6KNP=25MPa
中心距
1.5m
支护面积
5.71m2
支护强度
0.72MPa
底座面积
2.428m2
最小外形尺寸
5500X1420X1700mm
支架重量
10180Kg
立柱
缸径
①200mm
活柱直径
①185mm
活柱仃程
930mm
加长杆直径
①157mm
初撑力
785KNP=28MPa
降柱力
113.33KNP=28MPa
工作阻力
1000KNP=31.5MPa
短柱
缸径
①140mm
杆径
①105mm
仃程
140mm
初撑力
384.65KNP=28MPa
拉力
168.28KNP=28MPa
工作阻力
584.67KNP=38MPa
前梁端部初撑力
76.93KN
前梁端部最大工作阻力
116.93KN
前梁摆角
向上
15°
向下
19°
推移千斤顶
缸径
①140mm
杆径
①85mm
仃程
700mm
推溜力
242.86KNP=28MPa
拉架力
384KNP=28MPa
侧推千斤顶
缸径
①63mm
杆径
①45mm
仃程
170mm
推力
77.89KNP=28MPa
拉力
38.15KNP=28MPa
护帮千斤顶
缸径
①80mm
杆径
①45mm
仃程
350mm
工作阻力
147.71KNP=2<
拉力
54.95KNP=28MPa
伸缩千斤顶
缸径
①80mm
杆径
①45mm
仃程
600.mm
推力
125.6KNP=28MPa
拉力
54.95KNP=28MPa
MPa
第二章滚筒采煤机的选择
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、采煤机主要技术参数的计算与确定
采煤机主要技术参数规定了采煤机的适用范围和主要技术性能。
它们既是计采煤机的主要依据，又是成套设备选型的依据。
1滚筒直径的选择
滚筒直径大些对装煤有利，但不宜过大．并应满足采高的要求。
双滚筒采煤机滚简直径应大于最大采高Hmax的一半，一般可按
D=（0.52~0.6）Hmax选取，采高大时取小值D=0.52>2.4=1.248米，采高小时取大值D=0.6>2.4=1.44米。
单滚筒采煤机滚筒直径选择时．为了防止滚筒在顶板下沉时被夹住而截割岩石，直径D=Hmin-（0.1~0.2）=2.0-（0.1~0.2）=1.8~1.9米，采煤机的滚筒已经系列化，可选用与计算值相近的标准滚筒，以降低制造成本。
2、截深的选择
滚筒截深是采煤机工作机构截入煤璧的深度，是影响采煤机装机功率及生产率的主要因素，决定截深时应充分考虑煤层的压张效应，截割阻抗（截齿截割单
位切屑厚度所对应的截割阻力）大小，煤层厚度、倾角、顶板稳定性及采煤机稳定性等。
另外：
为了管理顶板方便，截深应等于液压支架的推移步距。
中厚煤层截深可取0.6~0.8米，若顶扳稳定，截割阻抗小可适当加大。
厚煤层为了减轻煤壁片帮，减轻液压支架载荷和避免煤从运输机溢出，截深宜小，可取0.5米左右。
薄煤层由于工人行走困难，牵引速度比较低。
为了保证大的生产率截深可取0.8〜1米。
国内生产采煤机，为了制造方便，大部分截深在0.6米左右，薄煤层为1米左右。
根据截据阻抗为200牛顿/毫米，阻抗较大选用截距深度为0.62米的截深
3、滚筒转速及截割速度
滚筒转速对截煤比能耗、装载效果、粉尘大小都有很大影响，由截齿最大切屑厚度hmax公式可知，当滚筒每条截线上的截齿数m,牵引速度V已定，
转速n愈高，切屑厚度愈小，煤尘产生量大，截割比能耗增大。
另外，实践表明，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，现代采煤机，滚筒转速出现降低的趋势，如英国AM—500、日本DR—100100采
煤机，滚筒最低转速分别为21.2转/分和26转/分。
但滚筒转速也不能太低，否则会在牵引速度不太高时，出现堵塞现象。
一般认为滚筒转速在30〜50转/分较为适宜，薄煤层小直径滚筒由于装煤能力差，为了提高生产率转速可增大到60~100转/分。
转速及滚筒直径经确定后截齿截割速度也就定了，截割速度一般控制在4米
/秒左右较好。
4.采煤机最小设计生产率
采煤机在采煤过程中，由于处理故障，检查和更换刀具，日常维修，等候支护，处理片帮等，经常出现停顿，采煤机实际生产率比设计的理论生产率小的多，为了表明这些因素的影响，可用有效开动率表示。
有效开动率是指采煤机在一天或一班内有效工作时间与一天或一班占有时间的比值，它综合反映了设备可靠性，选型及组织管理水平，工人技术熟练程度等，西德高产工作面有效开动率可达51%，苏联高产综采工作面可达50%，我国根据有些典型工作面的推算大约在0.15~0.35之间，一般可取0.20。
当采煤工作面生产能力已定，其每小时的平均产量就是所需采煤机的最小实际生产率，考虑到有效开动率，则采煤机按工作面生产能力要求的最小设计生产率Qmin为：
小W650000“、
Qmin=24x0.2=300x24x0.2=5.39（t）
式中：
W为采煤机工作面日平均产量吨/日,
k――有效开动率。
上式有效开动率K取0.2,充分考虑使采煤机有增产潜力，当有效开动率能进一步提高，采煤仍有富裕能力，使工作面生产能力得到提高
5采煤机截割时的牵引速度及生产率
采煤机截割时牵引速度的高低，直接决定采煤机的生产率及所需电机功率，由于滚筒装煤能力，运输机生产率，支护设备推移速度等因素的影响，采煤机在截割时的牵引速度比空调时低的多。
采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化，选择截割时的牵引速度，要根据几方面因素，综合考虑。
（1、根据采煤机最小设计生产率Qmin决定牵引速度Vi
Qmin451.39,
Vi=6ohbp=60x2.2x0.62xi=3.9O（m/min）
式中：
Qmin——采煤机最小设计生产率451.39吨/时
H――采煤机平均采高，2.2米
B――采煤机平均截深，0.62米
p——煤的实体密度，一般为1.3~1.4吨/米3。
现在取1.35t/m3
（2）、按截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2
采煤机截割过程中，滚筒以一定的转速n转动，同时采煤机又以一定的牵引速度V沿工作面移动，切削厚度以月牙规律变化。
截齿最大的切削厚度bmax在月牙形中部，可用下式计算
1000v
bmax=~mm
式中
V采煤机的牵引速度m/min
m――滚筒一条截线上安装的截齿数个，一般取3个
n滚筒的转速,取40r/min.
当n、m决定后，bmax与牵引速度v成正比，V越大bmax越大，当bmax大于齿座上截齿伸出的长度，使齿座及螺旋叶片也参与截割，则截割阻力及功率剧增，同时齿座磨损严重。
为了避免上述情况的发生，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0.7，bmax是截齿在齿座上伸出长度的70%，取45mm，按上述要求可得到采煤机的牵引速度V2
0.7mnbmax3x40x45
V2=-IT=—=5.°4m/min
（3、）按液压支架推移速度决定牵引速度为V3
一般支架的推移速度稍大于采煤机的牵引速度较好，这样可以保证采煤机安全生产。
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Vi,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。
现在取采煤机牵引速度v=4.0m/min。
采煤机截割时的牵引速度v确定后，采煤机的生产率Q为
Q=60HBv尸60X2.2X0.62x4.0xi.35=463.32（t/h）
6、采煤机所需电机功率
由于采煤机在截割和装载过程中，受到很多因素的影响，所需电机功率大小，很难用理论方法精确计算，常采用类比法或比能耗法来估算。
采用比能耗法估算电机功率，是根据采煤机生产率和比能耗（截割单位体积煤所消耗电功率）试验资料来确定。
如果比能耗确定适当，计算值就比较合理。
取截割阻抗A=180~200N/mm的为基准煤，当采煤机以不同的速度截割时，包括牵引部及辅助液压系统在内，其比能耗的估算值如表1-6所示
螺旋滚筒采煤机比能耗H^b
牵引速度
（m/min）
H^（KW.h/t）0.50.440.420.400.38
本设计煤层截割阻抗为Ax=200N/mm,而且采煤机的牵引
速度为4.0m/min。
所以采煤机的比能耗为0.42kW•h/t,
如果截割的煤层，其截割阻抗不在180~200N/mm范围时，可按下列公式计算比能耗。
HXHB
A
式中：
Hox-
-—煤层截割比能耗，kW•h/t，
Ax
-煤层截割阻抗
A——基准煤截割阻抗，
Hb基准煤比能耗，
双滚筒采煤机，前滚筒和后滚筒截割条件不同，前滚筒截割时，煤层只有面向采空区一个自由面，后滚筒截割时，前滚筒已经截割出第二个自由面，若以HcoX表示前滚筒截割比能耗，后滚筒截割比能耗为Hox1=K3Ho
式中K3为后滚筒工作条件系数可由下表选取
滚筒转向
后滚筒开米煤层部位
下部
上部
向着前滚筒截割自由面
0.
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