1、摘 要本文对国内外放顶煤开采技术发生历史及现状进行了综合阐述，对放顶煤液压支架进行了分类和对其各种形式研究；介绍了每种形式放顶煤液压支架各适应的煤层条件；并结合神东四盘区的现状，设计适用于煤层厚度5.35-9.86，平均采高8.9米满足顶板、地板条件的放顶煤液压支架.形成满足神东现状的放顶煤开采技术理论。 通过对现有放顶煤液压支架的分析，优势对比，设计出适合的结构形式，最后对立柱、顶梁、掩护梁和底座进行了强度校核计算。关键字：放顶煤液压支架；立柱；顶梁；掩护梁；底座；放煤机构。 IAbstract In this paper on the domestic and foreign techno
2、logy of top coal caving mining occurred history and current situation has been discussed, on the roof caving coal hydraulic support the classification and research in its various forms; introduced each kind of form of roof caving coal hydraulic support the adaptation conditions of coal seam; Shendon
3、g four disc area and combined with the status quo, designed for coal seam thickness 5.35-9.86, collect on average 8.9 meters high and meet the conditions of roof and floor of top coal caving hydraulic support. Formed to meet the Shendong status of top coal caving mining technology in theory.Through
4、the analysis of the existing roof caving coal hydraulic support, comparative advantages of design for the structural form, strength check and calculates the column, a top beam and a shield beam and a base at the end of paper.Keywords: Caving hydraulic support；Column; beam; shield; base; coal caving
5、mechanism. I目 录1 绪论11.1 放顶煤综采法的优缺点11.2 放顶煤液压支架的发展历史11.3 放顶煤液压支架结构的基本特点21.4 放顶煤液压支架的分类21.5放顶煤液压支架使用条件和适用范围21.6设计任务32 支架的总体方案设计42.1 支架结构方案设计42.1.1 中反四连杆放顶煤液压支架42.1.2 中正四连杆低位放顶煤液压支架52.1.3后四连杆低位放顶煤液压支架（摆动式放煤支架）63 液压支架的整体设计93.1液压支架的参数确定93.1.1 支架高度93.1.2 支架的伸缩比93.1.3 支架间距的确定103.1.4 底座长度的确定113.2顶梁长度的确定113.
6、2.1 顶梁长度计算113.2.2 顶梁宽度123.2.3 顶梁覆盖率133.2.4支护强度和工作阻力133.3立柱位置的确定143.3.1 支架立柱数的确定143.3.2 支撑方式153.3.3 立柱间距153.3.4 立柱柱窝位置的确定154 液压支架的部件结构设计164.1 顶梁164.2 立柱174.3掩护梁184.4 四连杆机构194.4.1 四连杆机构的作用194.4.2四连杆机构的几何特征194.4.3用几何作图法来设计四连杆机构194.5 底座244.6侧护板254.7 千斤顶264.7.1 推移千斤顶264.7.2 平衡千斤顶264.7.3 侧推千斤顶264.7.4.前梁千斤
7、顶274.7.5护邦千斤顶274.7.6 后推移输送机千斤顶274.8 放煤机构设计305 液压支架参数的确定325.1液压支架基本技术参数的确定325.1.1支护强度325.1.2初撑力325.1.3 移架力和推溜力335.1.4 支柱及相关液压系统参数确定336 支架强度校核376.1强度条件376.2 液压支架立柱强度验算396.2.1已知参数396.2.2油缸稳定性计算396.2.3活塞杆的强度计算406.2.4 缸体的强度计算436.2.5液压支架主要技术参数446.3顶梁强度校核456.4掩护梁的强度校核51总结56致 谢57参考文献58附录A60附录B651 绪论1.1 放顶煤综
8、采法的优缺点优点：1 生产集中化程度高，大大减少了采区数目与工作面的巷道掘进量，以及相应的支护，维护等工作量与材料消耗。2 依靠矿压自动破煤，大大减少了设备的动力。缺点：1煤的采出率一般较分层开采时低2 易使顶板矸石与放落的顶煤相混合，使煤的含矸率增加。3 对防火，防尘，防瓦斯积聚的要求高。4 受顶板和煤层特性的限制，工作面推进速度也受一定的限制。1.2 放顶煤液压支架的发展历史 20世纪80年代中期以来，综采技术特别是放顶煤开采技术已成为我国缓倾斜，倾斜厚煤层的重要采煤方法实现了厚煤层采煤方法的一次技术革新达到了高产、高效、低耗的目的，消除了分层开采和非正规采煤方法的主要缺陷，由粗放生产转变
9、为高度集中化生产。但他们对矿井地质条件要求苛刻，实用性较差，而且所要的设备和设施投资巨大，对于地质构造复杂的井田大矿边角块段，矿井巷道保护煤柱倾角变化大的煤层以及赋存不稳定的煤层的开采。特别是那些经济实力较弱的中小型煤矿和乡镇煤矿不但收不到良好的效果，反而是煤矿造成巨大的投资和经济损失，也给国家造成不可挽回的资源浪费。 80年代以来放顶煤开采技术逐渐应用到普采和炮采工作面采煤工艺中，同时也是对高落式采煤法的发展与完善，从而形成了一系列不同的支护方式的普通放顶煤开采技术，如悬移支架放顶煤、滑移支架放顶煤、网格式放顶煤，特别是单体支柱放顶煤他对于地质条件和经济实力上不适宜采用综采放顶煤开采的中小型
10、煤矿是较为合理的采煤技术。如陕、鲁、黑、辽、晋、冀中小型煤矿都采用了该项采煤技术，实现了高产、高效、低耗、低投入、低成本的目标，取得了良好的技术效果和显著的经济效益。1.3 放顶煤液压支架结构的基本特点1 一般采用整体性，稳定性及掩护性好的支撑掩护式和掩护式液压支架。2 有较宽敞，便于控制的放煤口以及松动，破碎煤块的辅助装置。3 支架受上部顶板和顶煤放落时的动载影响较大，因此要求支架纵向和侧向稳定性较高。1.4 放顶煤液压支架的分类放顶煤液压支架可分为以下两类：第一种为掩护尾梁插板式放顶煤液压支架，其结构形式为支撑掩护式，在掩护尾梁后部带插板，按四连杆机构可分为正和反两类。第二种为落煤窗口式放
11、顶煤液压支架按结构形式可分为掩护式和支撑掩护式，按输送机的台数可分为单输送机和双输送机两类，按窗口的设置位置可分为水平窗口和倾斜窗口两类。1.5放顶煤液压支架使用条件和适用范围主要根据煤层条件和采煤工艺来选型。1、煤层地质条件采用放顶煤开采法应考虑如下条件：煤的自燃发火期要长，要在三个月以上，而且要有完善的预防发火的措施，要在煤自燃之前采完一个采面，并创造隔绝封闭的条件使灾区不会波及邻区邻层。煤层节理要发育，易破碎冒落，便于放煤。对于有大面积悬顶和冒落时间过长的煤层不要选用放顶煤液压支架，否则会大面积损坏支架。顶板条件应为破碎顶板或中等稳定顶板。能随顶煤的冒落是顶板随之下沉破裂至冒落。沿倾斜方
12、向推进时，煤层倾角应小于15避免仰采，因为仰采易造成架前抽空，工作面不易维修。急倾斜特厚煤层水平分段放顶煤开采时阶段高一般为8-10米煤层厚度应大些过小易悬顶。因为工作面较短，最好采用正面切割的采煤机。放顶煤综采工作面的长度以80-100米为好对于软媒和易破碎的煤层，煤层厚度在8-12米时可选用掩护尾梁插板式放顶煤液压支架中的支撑掩护式。2、采煤方法对于厚度在5-20米的不均匀煤层和易燃的煤层，采用沿倾斜后退时放顶煤开采法时比较理想的。1.6设计任务 根据已知采高5.359.86m、倾角5、顶板类二级，一级地板。煤层顶板岩性以砂岩为主，部分区域存在伪顶，底板以砂岩为主，部分区域存在较薄的泥岩层
13、。设计放顶煤液压支架，使其更好的达到采煤的要求。本章介绍了放顶煤开采法的基本以及适用范围，并给出设计任务，设计一种满足条件的放顶煤液压支架。2 支架的总体方案设计2.1 支架结构方案设计放顶煤液压支架常见的支撑方式有四柱支撑掩护式和两柱掩护式。根据设计任务，查支护手册选用四柱支撑掩护式液压支架。 通过查阅相关资料，本次设计以支撑掩护式为设计条件下设计了三种不同形式的结构方案，分别为中反四连杆放顶煤液压支架中正四连杆放顶煤液压支架、后四连杆放顶煤液压支架。2.1.1 中反四连杆放顶煤液压支架1采用双前连杆和单后连杆结构的宽形反向四连杆机构，布置在前后立柱之间，提高支架的抗偏载能力和整体的稳定性。
14、2大插板式尾梁放煤机构，其尾梁千斤顶可双位安装，既可支设在顶梁上，也可只设在底座上，一般状态是只设在顶梁上。后部放顶煤空间大，为顺利放煤创造了良好的作业环境，可充分发挥后部输送机的运输能力，操作维修方便。尾梁搬动有利于落煤，插板伸缩值大，放煤口调节灵活，对于大煤块的破碎能力强，可显著提高顶煤的采出率。3支架为四柱支撑掩护式支架，后排立柱支撑在顶梁与四连杆机构铰接点的后端，可适应外载之中作用变化，切顶能力强。4顶梁相对较长，掩护空间较大，通风断面大，而且对顶板的反复支撑可使较稳定的顶煤在矿压作用下预先断裂破碎，利于放煤。 5反向四连杆机构经过总体参数优化设计，连杆力较小，是一般正向四连杆机构连杆
15、力的50%70%，支架的结构可靠性高。6底座对底板比压分配合理，前端比压较小，能适应软底板条件，移架阻力小，有利于顺利移架。图2-1-1中四连杆低位放顶煤液压支架（反向）Fig 2-1-1 four link low caving coal hydraulic support (reverse)2.1.2 中正四连杆低位放顶煤液压支架在全国很多综放工作面生产实践中证明，在实践中前排立柱受力大，后排立柱受力小，甚至出现后排立柱受拉的现象，四柱正向四连杆支撑掩护式放顶煤支架在与围岩的相互作用中前后排立柱受力不均衡，这种状况下，支架前端不能受太大的力，大幅度降低了液压支架的支护能力，有效支护强度也大幅度减小，甚至会影响工作面的安全。图2-1-2中四连杆低位放顶煤液压支架（正向）Fig 2-1-2 four link
