劉玉剛

摘 要：液壓支架是采煤工作面的主要設備之一，正確選擇液壓支架的架型，對于提高綜采工作面的產(chǎn)量和效率、充分發(fā)揮綜采設計的效能、實現(xiàn)高產(chǎn)高效尤其重要。在對顯德汪礦1#煤頂?shù)装宸诸惖幕A上，結(jié)合煤層賦存條件，經(jīng)過理論計算最終確定出適合顯德汪礦1#煤的液壓支架型號。

關鍵詞：薄煤層 支架 選型 參數(shù)

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0081-01

冀中股份公司顯德汪礦主采煤層為1#煤、2#煤、9#煤。目前2#煤儲量集中在二、九采區(qū)，其中九采區(qū)2#煤存在局部瓦斯異常，開采難度大；9#煤煤質(zhì)較差，同時受周邊小煤礦老空水和底板奧灰承壓水的嚴重威脅。因此，1#煤薄煤工作面連續(xù)開采對于我礦穩(wěn)步高產(chǎn)目標實現(xiàn)至關重要。目前我礦九采區(qū)1#煤薄煤工作面只配備了兩套ZY2400-10/19綜采液壓支架。ZY2400-10/19液壓支架由于購買時間較早，支架陳舊老化，部分支架已難以維護，需要更換新支架。根據(jù)采區(qū)接替安排，我礦將于近期開始準備十一采區(qū)，屆時十一采區(qū)1#煤薄煤工作面也需使用薄煤綜采設備。因此，我礦急需為九采區(qū)和十一采區(qū)1#煤薄煤工作面引進薄煤綜采液壓支架。

支架與圍巖適應性好能夠降低頂板事故率，實現(xiàn)工作面高產(chǎn)、高效。支架的適應性主要表現(xiàn)在支架的架型與主要參數(shù)在煤層賦存條件下的適應性及工作面處于特殊地點及時期的空頂技術。我們從支架架型、參數(shù)兩方面對1#煤薄煤工作面液壓支架進行選型。

1 顯礦九采區(qū)和十一采區(qū)一號煤煤厚情況

多年來我礦開采的主要戰(zhàn)場在1#、2#煤層，九采區(qū)1#煤已開采了1911、1912、1913、1915四個工作面，1914工作面正在回采，1#煤煤層厚度0.3～2.4 m，平均1.25 m，剩余資源總量429.73萬t。十一采區(qū)尚未布置工作面，1#煤煤層厚度0.26～2.2 m，一般0.82～1.46 m，平均1.19 m，1#煤資源總量231.55萬t。

2 支架架型選擇

九采區(qū)1#煤直接頂為粉砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)軟，夾薄層細砂巖，直接頂跨落步距為16 m；十一采區(qū)1#煤直接頂為灰黑色，層厚不穩(wěn)定，局部相變?yōu)榉凵皫r或細砂巖，頂部局部發(fā)育0#煤。

根據(jù)上述地質(zhì)資料可知本區(qū)域直接頂中等穩(wěn)定，周期來壓明顯，屬于Ⅱ類頂板。1#煤煤層較薄，工作面采高低，在液壓支架選型時應考慮通風斷面。綜合上述因素本區(qū)域1#煤應選擇掩護式液壓支架。

3 支架參數(shù)選擇

（1）液壓支架的工作阻力是液壓支架在工作中能承受頂板的載荷，是衡量液壓支架支護性能的最主要的技術參數(shù)，支護強度取決于煤層圍巖對支架頂板的作用力，是在一定開采條件下，煤層圍巖載荷固有屬性，與其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律密切相關。根據(jù)九采區(qū)觀測數(shù)據(jù)，本煤層直接頂為Ⅱ類，頂板來壓時的最大工作阻力為1302 kN/m2，直接頂跨落步距為16 m，老頂來壓最大工作阻力1355 kN/m2，周期來壓步距6～10 m。兩巷超前影響帶50～90 m。支護強度計算：

Q=-3.6+5.8M+1.4L+3.6R

=-3.6+5.8×2.1+1.4×10+3.6×4.2

=0.377MPa

M為采高，取最大采高2.1 m。L為周期來壓步距，取最大值10 m。R為最大控頂距，4.2 m。

根據(jù)支護強度確定支架工作阻力：

q=Q×b×Bc/cosα

式中：q為為支架工作阻力，kN。

b為支架中心距，取1.5 m。

α為為液壓支架立柱與垂線夾角，14.9°～38.7°。

Bc為支架控頂距，取3.6～4.2m。

則：q=2107～3043 kN。

綜合實際觀測和計算結(jié)果，考慮到支架在生產(chǎn)過程中的安全性、可靠性，支架的工作阻力定為3200 kN。

（2）液壓支架最大高度的確定。

考慮到頂板有頂板冒落或局部冒落而壓住液壓支架的可能，為保證立柱有一定的行程量，液壓支架最大高度應在煤層最大采高基礎上，再加200～300 mm。

Hm=hm+S1=2.4 m

式中：hm為煤層最大高度，取2.1 m。

S1為考慮偽頂冒落后仍有可靠初撐力所需的支撐高度，取0.3 m。

根據(jù)上述計算，支架最大高度定為2.3m。

（3）液壓支架最小高度的確定。

考慮到液壓支架上、下浮煤堆積影響，移架操作時支架立柱要有150 mm左右的回縮量等因素，液壓支架最小高度應在煤層最小采高基礎上再減200～300 mm。

Hn=hn-S2=1.2 m

式中hm為煤層最小高度0.26 m，根據(jù)配套尺寸，在保證采煤機一定安全空間的條件下工作面采高定為1.5 m。

S2為頂板來壓時的最大下沉量，取300 mm。

根據(jù)上述計算，支架最小高度定為1.2 m。

4 建議選擇ZY3200-12/24薄煤液壓支架

ZY2400-10/19型薄煤液壓支架開采高度1.3～1.8 m，經(jīng)過九采區(qū)1#煤薄煤工作面的實踐，效果良好。但由于九采區(qū)/十一采區(qū)1#煤煤層厚度不穩(wěn)定，局部超過1.8 m，造成丟煤現(xiàn)象降低了回采率。鑒于1#煤煤厚變化情況，根據(jù)支架高度計算提高支架高度，資源回收率將大大提高。因此綜合我礦實際情況和上述選型計算結(jié)果暫選支架型號為：ZY3200-12/24支撐掩護型薄煤液壓支架。ZY3200-12/24液壓支架技術參數(shù)如下：

支架高度：1200～2400 mm；工作阻力（P=38.5 MPa）：3200 kN。

初撐力（P=31.5 MPa）：2618 kN；中心距：1500支護強度（1.2 M以上）：0.53-0.63 T。

5 主要結(jié)論

（1）顯德汪礦九采區(qū)1#煤111b-5塊段平均煤厚2.1 m，面積332448 m2；十一采區(qū)1#煤2S22-3塊段平均煤厚2.06 m，面積375060 m2。容重1.6 t/m3，改用ZY3200-12/24型支架后可將此塊段資源全部回收，共多回收資源20.75 t。

（2）通過合理控制綜合機械化采煤頂板及科學合理選擇支架類型，滿足了顯德汪礦九采區(qū)及十一采區(qū)1#煤綜采作業(yè)的要求，確保了液壓支架的適用性和可靠性。

參考文獻

[1] 王悅勇，劉德利，等.東達峁尾巴二礦薄煤層開采及其液壓支架選型研究[Z].endprint