采掘机械_02-01_采煤工作面和支护设备.ppt
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1、第二篇 采煤工作面支护设备,第二篇 采煤工作面支护设备,第二篇 采煤工作面支护设备,采煤工作面支护设备是支撑和维护采煤工作面控顶区顶板,为采煤创造安全作业空间的设备。 按结构特点和支护方式不同分单体支架、液压支架和特种支架。 单体支架是由单体支柱与顶梁组成的支护设备。单体支柱为支撑于顶板或顶梁和底板之间的单根杆状构件。 液压支架以液压为动力实现升降、前移等运动,既能支撑又能维护顶板的支护设备,为采煤工作面综合机械化的主要设备。 特种支架按结构、功能等因素分为工作面锚杆支架、刚性或柔性掩护支架和气囊支架。,第二篇 采煤工作面支护设备,工作面锚杆支架: 在采煤工作面用锚杆锚固围岩、保障安全作业空间
2、的支架。用于房柱式采煤工作面。 刚性或柔性掩护支架: 用钢绳将钢梁或木梁连结在一起,在急倾斜煤层采煤工作面中用以掩护工作空间和隔离采空区的帘式柔性支护结构物。能在自重和上部垮落岩石压力推动下移动。 气囊支架: 又称气垛支架,是用橡胶等弹性材料制成的囊状封闭软包,充入压缩空气后软包膨胀以支撑顶底板和隔离采空区的支护构筑物。,单体支柱和液压支架是工作面常用的支护设备,按工作特性分刚性、增阻可缩性和恒阻可缩性。 刚性支柱是受载过程中不可缩或可缩性很小的支柱。随着顶板下沉,作用在支柱的上的载荷会快速增加直至支柱破坏,如木支柱。刚性支柱属被动支护。 增阻支柱(支架)是受载过程中支护阻力随顶板下沉而增加的
3、可缩性支柱(支架),如摩擦支柱。增阻支柱虽也属被动支护,但工作特性和支护效果均优于刚性支柱。 恒阻支柱(支架)是受载达工作阻力后,压缩量增加,工作阻力基本保持恒定的可缩性支柱(支架),如液压支架、单体液压支柱、液压放顶支柱等。,第二篇 采煤工作面支护设备,金属摩擦支柱依靠摩擦力工作,有急增阻和缓增阻两种。 急增阻支柱HZJA 缓增阻支柱HZWA,第九章 采煤工作面支护设备分类和结构,单体支护设备包括木支柱、金属支柱和液压支柱。 液压支柱分单体液压支柱和放顶支柱。,第一节 单体支护设备,第一节 单体支护设备,一、活塞式单体液压支柱 活塞式单体液压支柱按其供液方式不同,分内注式和外注式。,第一节
4、单体支护设备,1-顶盖;2-三用阀;3-活柱;4-缸体; 5-复位弹簧;6-活塞;7-底座; 8-卸载手把;9-注液枪;10-供液管,工作原理: 升柱、初撑、承载、卸载回柱,1. 升柱与初撑 注液枪9插入三用阀2注液孔中,操作注液枪手把,高压液体由供液管10经注液枪和三用阀中的单向阀进入支柱下腔,活柱升起。,2. 外注式单体液压支柱(DZ),支柱撑紧顶板不再升高时,松开注液枪手把,拔出注液枪。 支柱内腔压力为泵站压力时支柱给顶板的支撑力为初撑力。,第一节 单体支护设备,2. 承载 当顶板压力超过三用阀中安全阀限定的工作阻力时,安全阀打开,液体外溢,支柱内腔压力随之降低,支柱下缩。 当支柱所受载
5、荷低于额定工作阻力时,安全阀关闭,腔内液体停止外溢支柱载荷保持在额定工作阻力。,3. 卸载降柱 扳动卸载手把8,打开卸载阀,柱内工作液体排出柱外,活柱在自重和复位弹簧作用下缩回,完成卸载降柱。,第一节 单体支护设备,三用阀: 单向阀、安全阀和卸载阀,分别承担支柱的注液升柱、过载保护和卸载降柱功能。,1-右阀体;2-注液阀体;3-钢球; 4-卸载阀垫;5-卸载弹簧;6-连接螺杆 7-安全阀套;8-安全阀针;9-安全阀垫;10-导向套;11-安全阀弹簧 12-调压螺钉;13-左阀体;14-卸载手把安装孔;15-过滤网;16-阀座,第一节 单体支护设备,单向阀:钢球、小弹簧、尼龙阀座和阀体2。 安全
6、阀为平面密封式,由安全阀针8、安全阀垫9、阀座16、导向套10、安全阀弹簧11等组成。 卸载阀:连接螺杆6、卸载阀垫4、卸载弹簧5。 卸载时,扳动卸载手把,安全阀套7右移,压缩卸载弹簧5,使卸载阀垫与右阀体1内的台阶脱开,活柱内的高压液体从此间隙中排出,支柱下降。,第一节 单体支护设备,注液枪:向支柱供液的工具。,1-注液管;2-锁紧套;3-枪体;4-挂钩; 5-螺钉;6-单向阀复位弹簧;7-阀心; 8-阀座;9-密封圈和防挤圈; 10-隔离套;11-顶杆;12-手把,注液升柱时,将注液管l插入三用阀阀体中,将锁紧套2卡在三用阀的环形槽中。扳动手把12,顶杆11右移打开单向阀,工作液体进入支柱
7、。 注液结束后,松开手把,单向阀关闭,顶杆复位,残存在单向阀和注液管的高压工作液体经顶杆11与密封圈和防挤圈9之间的间隙溢出,注液枪才能取下。,第一节 单体支护设备,第一节 单体支护设备,1-铰接顶盖;2-密封盖;3-活柱; 4-手把阀体;5-油缸;6-复位弹簧; 7-底座;8-三用阀,工作原理: 升柱、初撑、承载、卸载回柱,二、柱塞悬浮式单体液压支柱,第一节 单体支护设备,2)在活柱上没有圆弧焊缝,提高活柱的强度和可靠性,避免因焊缝断裂而造成的冒顶等事故隐患。,3)支柱重量轻,根据支柱规格不同,整柱重量减轻1230%,搬动、运输、使用方便。,4)工作行程大,扩大使用范围,提高支柱使用效率,减
8、少支柱的规格品种。 对于顶板下沉较大的工作面,仍能满足大的恒增阻降距。,5)支柱各密封点采用密封补偿和密封胀紧原理。 在密封磨损情况下,可有效补偿;在顶板来压或在高压支撑情况下,可保持密封胀紧状态,减少密封的更换率,降低维修和维护费用。,6)支柱各密封点均为外置,可用肉眼直观检查,支柱一旦泄漏,可随时注液或更换支柱,省去定时繁锁的检测工作量。,7)三用阀5设于手把体4上,注液时,三用阀不随活柱的升高而升高,操作方便。,第一节 单体支护设备,支柱使用条件: 煤层倾角小于25、底板不宜过软、顶板冒落后不影响支柱回收的地质条件。,优点(相比金属摩擦支柱): 1.初撑力大,一般在70100kN; 2.
9、工作阻力大,且稳定; 3.回柱安全灵活;金属摩擦支柱打松水平楔,活柱立即下落; 4.工作面产量和效率高。 缺点:初期投资较大(单体液压支柱价格约为金属摩擦支柱的45倍)。 相比液压支架,单体液压支柱支护顶板的劳动量较大,但在采高和倾角变化大的煤层中,比液压支架适应性更好,初期投资少。,第一节 单体支护设备,支柱选用: 最大高度 = 煤层最大厚度 - 顶梁高度; 最小高度 = 煤层最小厚度 - ( 顶板最大下沉量+顶梁高度+支柱卸载高度)。,第一节 单体支护设备,顶梁结构,组成:梁体1、楔子2、销子3、接头4、定位块5和耳子6。 梁体1的断面为箱形结构,由扁钢组焊。,架设顶梁时,先将顶梁右端接头
10、4插入已架设好的顶梁一端的耳子中,然后用销子3穿上并固紧,使两根顶梁铰接。最后将楔子2打入夹口7中,顶梁悬臂支撑顶板。 新支设的顶梁被支柱支撑时,及时将楔子拔出,以免因顶板下沉将楔子咬死。,第一节 单体支护设备,1-立柱;2-复位橡胶块;3-控制阀;4-推移千斤顶; 5-底座;6-操纵阀;7-连接头;8-防滑筋,第一节 单体支护设备,四、放顶支柱(切顶支柱),用垮落法放顶时支设于采煤工作面与采空区交界线上专为放顶而安设的特种支柱。 通常与摩擦支柱或单体液压支柱配合使用,起支撑和切断顶板作用,其千斤顶用于推溜移柱。,工作原理: (1)升柱 操纵阀6手柄扳到升柱位置,高压液体经控制阀3进入支柱下腔
11、,使立柱活柱升起支撑顶板。立柱上腔液体通过工作面总回液管回泵站油箱。 (2)推移输送机 操纵阀6手柄板到移溜位置,高压液体进入推移千斤顶4的活塞腔,使千斤顶的活塞杆伸出,推动输送机前移。活塞杆腔内的液体经总回液管到油箱。,第一节 单体支护设备,(3)降柱 操作阀手柄板到降柱位置,高压液体在进入立柱上腔的同时,打开控制阀3中的液控单向阀,立柱活柱回缩。 (4)支柱前移 降柱后把操纵阀手柄扳至移柱位置,高压液体进入推移千斤顶活塞。杆腔,使活塞杆回缩,支柱以输送机为支点被拉前移。,第一节 单体支护设备,第一节 单体支护设备,放顶支柱特点: (1) 放顶支柱初撑力大,工作阻力通常为单体液压支柱的3倍以
12、上,为摩擦支柱的6倍以上;(2)放顶效果好,能有效地管理顶板,消除采空区悬顶对工作面的威胁;(3)工作面放顶和输送机移动实现机械化,减少放顶事故;(4)立柱为带液控单向阀的单伸缩或双伸缩液压缸,有的活柱带有机械加长杆以增大工作行程;(5)立柱带有大顶盖、大底座,对顶底板比压小。,第一节 单体支护设备,五、滑移顶梁支架,滑移顶梁支架是介于液压支架和单体液压支柱之间的支护设备,由顶梁与液压立柱组成,以液压为动力,前后顶梁互为导向而前移。 适用于缓倾斜、顶板完整和网下开采的薄或中厚煤层,也用于厚煤层网下放顶煤工作面。在端头支护中时有应用。,滑移顶梁支架按支撑方式分卸载式与半卸载式两种。 1. 卸载式
13、滑移顶梁支架,1-前顶梁;2-钢板;3-后顶梁; 4-移架千斤顶5-单体液压支柱; 6-双向阀;7-摩擦支柱,滑移顶梁由箱体内装有推拉千斤顶的前梁和后梁组成,前后梁间用钢板连接,前梁沿该钢板滑动。 通过钢板,前、后梁可互相将对方悬起。立柱分别支撑在前梁与后梁下方。 支架前梁和后梁交替卸载滑移。,第一节 单体支护设备,支架操作过程: 将前梁1卸载,后梁3仍撑紧顶板并通过钢板2将前梁连同其下方支柱悬吊起来,利用推拉千斤顶4将其向前滑移一个步距;前梁下方支柱选好最佳支撑位置后进行升柱,使前梁撑紧顶板;后梁3卸载,在钢板2作用下,后梁与下方支柱被悬吊起来并借助推拉千斤顶作用滑移跟进一个步距;当下方悬吊
14、支柱摆正位置后升柱,后梁撑紧顶板,支架完成一个工作循环。,第一节 单体支护设备,2. 半卸载式滑移顶梁支架,在主滑移顶梁卸载时,尚有其它支护构件支撑或临时支撑顶板的滑移。 半卸载式滑移顶梁支架的顶梁由前梁3和后梁2组成,在前梁3和后梁2上均有可滑动副梁6,副梁6上装有垫板和立柱7。顶梁箱体中设有弹簧拉杆4和推拉千斤顶5。,1-挡矸板;2-主后梁 3-主前梁;4-拉杆 5-推拉千斤顶; 6-副梁;7-立柱,第一节 单体支护设备,支架工作过程: 主前梁3卸载,前梁3的副梁6支撑顶板,主前梁3与立柱向前滑移步距升悬吊立柱,主前梁3支撑顶板 副梁6卸载,向前滑移步距升柱,副梁6撑紧顶板。 主后梁2卸载
15、,后梁2上的副梁6支撑顶板,主后梁与立柱向前滑移跟进步距 升悬吊立柱,主后梁2支撑顶板 副梁6卸载前移步距升柱,副梁6撑紧顶板,支架完成工作循环。,第一节 单体支护设备,第二篇 采煤工作面支护设备,第二节 液压支架工作原理和分类,第二节 液压支架工作原理和分类,液压支架工作原理: 升架、降架、推移输送机和移架。 利用乳化液泵站提供的高压乳化液通过液压控制系统不同功能的液压缸来实现。 每架支架的进、回液管路都与连接泵站的工作面主供液管路和主回液管路并联,全工作面的支架共用泵站作为液压动力源。每架支架形成各自独立的液压系统。,第二节 液压支架工作原理和分类,液控单向阀均设在本架内。 操纵阀设在本架
16、内本架操作; 操纵阀设在相邻支架内邻架操作。,第二节 液压支架工作原理和分类,(一)支架升降,1. 初撑 操纵阀8处于升柱位置,高压液体经液控单向阀6进入立柱下腔,立柱上腔排液,活柱和顶梁升起支撑顶板。 顶梁接触顶板,立柱下腔压力达到泵站工作压力,操纵阀置于中位,液控单向阀关闭,立柱下腔液体被封闭支架的初撑阶段支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。,第二节 液压支架工作原理和分类,2. 承载 支架初撑后,进入承载阶段。顶板缓慢下沉,顶板对支架的压力增加,立柱下腔压力升高支架增阻过程。 下腔压力超过安全阀5动作压力高压液体经安全阀泄出,立柱下缩 立柱下腔液体压力小于安全阀动作压力安全阀关闭,立柱工作
17、阻力保持恒定恒阻过程。 支架对顶板的支撑力称为工作阻力,由支架安全阀的调定压力决定。,第二节 液压支架工作原理和分类,3. 卸载 操纵阀8处于降架位置,高压液体进入立柱上腔,打开液控单向阀6,立柱下腔排液立柱(支架)卸载下降。,支架工作时的支撑力变化分三个阶段: 开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段t0,初撑后至安全阀开启前的增阻阶段t1,安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段t2液压支架的阻力时间特性。,第二节 液压支架工作原理和分类,液压支架在低于额定工作阻力下工作时,具有增阻性,以保证支架对顶板的有效支撑作用; 在达到额定工作阻力时,具有恒阻性; 为使支架恒定在最大支撑力,具有可缩性,支架在保持
18、恒定工作阻力下,随顶板下沉而下缩。 增阻性主要取决于液控单向阀和立柱的密封性能,恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。,第二节 液压支架工作原理和分类,(二)支架移动和推移输送机 支架和输送机的前移由底座3上的推移千斤顶4完成。 移架:降柱卸载操纵阀使高压液体进入推移千斤顶活塞杆腔,活塞腔回液,以输送机为支点,缸体前移,把支架拉向煤壁。 推移输送机:支架支撑顶板,高压液体进入推移千斤顶活塞腔,活塞杆腔回液,以支架为支点,活塞杆伸出,把输送机推向煤壁。,液压支架的安全阀;要求高的密封性能和工作的可靠性,不采用通用溢流阀标准。,1-阀座;2-阀体;3
19、-阀针;4-阀垫;5-阀垫座;6-导杆 7-弹簧座;8-弹簧;9-调压螺塞;10-过滤网,密封元件是阀垫4和阀垫座5,阀垫装在阀垫座中,调压弹簧8通过 弹簧座7、导杆6和阀垫座5将阀垫紧压在阀座1上,为了避免阀垫 压入阀座孔中过早损坏,在阀孔中装有阀针3将其托住。 动作灵敏,最高工作压力达60MPa 。,此种阀结构较复杂,流量较小,,液压支架的安全阀,大流量溢流阀,1-阀心;2- 阀座; 3-导向套 4-隔膜; 5-油室;6-气室 7-密封圈;8-阻 尼孔 9-充气阀;10卸载孔,阀的后部气室6内充高压氮气,代替刚度较大的弹簧。气室压 力通过隔膜4和油室5间接作用在阀心1上,阀心采用差动式结构
20、, 用气体和液压力平衡阀心很高的开启压力降低充气压力,克 服高压气体难以密封的缺点,缩小气室容积 阀体上开有阻尼孔8,以减小阀心在开启过程中的振动,阀额定工作压力达46MPa50MPa,流量达1000L/min,液压支架液压系统中的换向回路每两个 二位三通阀成一对,组装在一个片阀内, 分别控制一个液压缸活塞杆的伸出和缩回, 若干片阀叠装在一起,各片阀之间油路并 联,可以控制液压支架各液压缸的动作,第二节 液压支架工作原理和分类,(一)支撑式支架 立柱支撑在顶梁上,没有掩护梁。,支撑式支架按结构分有垛式和节式两种。,液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点不同,分支撑式、掩护式和支撑掩护式。,二、
21、液压支架分类,垛式支架: 底座为箱式,内装复位机构,整体前移。两排或三排立柱,每排立柱有两根。大多数在底座上布置四根立柱,构成一稳定的支撑垛。,复位机构设置在底座箱中,通过橡胶或复位千斤顶扶定立柱缸体,允许缸体轴向微量串动。当顶梁受到水平推力时,立柱出现倾斜,复位机构在立柱倾斜力作用下发生变形,使立柱对顶板的水平推力有一定抵抗能力。降架后,立柱随橡胶或复位千斤顶作用而正位,保证立柱在升架时能以正常状态撑紧顶板。支架前移由推移千斤顶实现。,第二节 液压支架工作原理和分类,节式支架: 由两个以上机械连接的架节构成,通过架节间互相交替移动实现前移。 架节分主架和副架,由千斤顶和导向机构连接。主、副架
22、互为支点依次前移,先行走为主架,后行走为副架。,支架动作过程: 副架支撑顶板,主架降架,利用移架千斤顶以副架为支点通过导向机构导向将主架前移步距; 主架支撑顶板,副架降架,以主架为支点沿导向方向将副架移进一个步距支撑顶板,完成工作循环。,第二节 液压支架工作原理和分类,第二节 液压支架工作原理和分类,支撑式支架结构特点: 顶梁较长,长度4m左右;立柱多,46根,且垂直支撑;支架后部设复位装置和挡矸装置,以平衡水平推力和防止矸石窜入工作空间内。,支撑式支架支护性能: 支撑力大,作用点在支架中后部,切顶性能好;对顶板重复支撑次数多,易把完整的顶板压碎;抗水平载荷能力差,稳定性差;护矸能力差,矸石易
23、窜入工作空间;支架工作空间和通风断面大。 适应于缓倾斜、顶板稳定的薄与中厚煤层。,第二节 液压支架工作原理和分类,(二)掩护式支架 以单排立柱为主要支撑部件并带有掩护梁的液压支架。 用于直接顶中等稳定以下,顶板周期来压不强烈的采煤工作面。,根据立柱布置和支架结构特点,掩护式支架分支掩掩护式支架和支顶掩护式支架。,第二节 液压支架工作原理和分类,支掩掩护式支架: 立柱通过掩护梁对顶板进行间接支撑,支撑效率低,顶梁短,控顶距小;多数在顶梁与掩护梁之间设有平衡千斤顶,少数支架只设机械限位装置;顶梁后部与掩护梁构成的“三角带”易卡进矸石,影响顶梁摆动,故一般在顶梁后端挂有挡板,作业空间狭窄,通风面积小
24、。,支架有插底和不插底两种形式。 插底式配用专门的下部带托架的输送机,支架底座前部较长,伸入输送机下部,对底板比压小,是不稳定顶板和软底板工作面的主要架型。 不插腿式配用通用型输送机,底座前端对底板比压大,使用较少。,支顶掩护式支架: 立柱经过顶梁直接对顶板进行支撑,支撑效率高,顶梁比支掩掩护式支架长,顶梁后端与掩护梁铰接,作业空间和通风断面大于支掩掩护式支架;顶梁和掩护梁侧面装有活动侧护板,挡矸性能好;多数支架将平衡千斤顶设在顶梁与掩护梁之间,少数支架将平衡千斤顶设在底座与掩护梁之间。,支架底座前端对底板比压较大;顶梁有分式铰接顶梁和整体刚性顶梁;底座有刚性底封式、刚性底开式和分式底座。,第
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