閆建軍

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)申南凹焦煤有限公司， 山西 臨汾 042105）

引言

在三機(jī)選型方面，液壓支架是選型的重點(diǎn)，而影響液壓支架選型的因素有很多，最重要的是地質(zhì)因素和開采技術(shù)因素。地質(zhì)因素包括：頂?shù)装鍘r性、煤層厚度及傾角和煤層賦存狀況等。其中煤層傾角的影響較大，因?yàn)楫?dāng)煤層傾角大于25°時，工作面垮落矸石會向下形成不均勻充填特征，加之底板也會出現(xiàn)破壞滑移，共同作用引起工作面支護(hù)系統(tǒng)失穩(wěn)；而且當(dāng)傾角大于35°時，工作面各設(shè)備都會有不同程度的滑移，特別是液壓支架極易發(fā)生下滑和傾倒?fàn)顩r。因此對于大傾角煤層走向長壁工作面而言，液壓支架的選型與設(shè)計是“三機(jī)”配套的重中之重[1]。

1 工程背景

某礦為大型現(xiàn)代化機(jī)械礦井，礦井位于寧武縣城西，生產(chǎn)能力為1.2Mt/年，井田內(nèi)主要可采煤層為2號、5號兩層煤，煤層平均角度為25°以上，局部地區(qū)達(dá)30°以上。本文針對5號煤進(jìn)行支架選型，5號煤層厚度為8.46～16.84m，平均為13.78m，頂板多為細(xì)—中粒砂巖，局部為粗粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥巖，底板多為砂質(zhì)泥巖、泥巖和細(xì)粒砂巖，局部為粉砂巖，屬堅硬頂板條件下的傾斜-緩傾斜煤層。根據(jù)設(shè)計所確定的采煤方法，5號煤采用綜合機(jī)械化放頂煤開采。

2 工作面基本液壓支架選型設(shè)計

2.1 基本液壓支架形式的確定

該礦5號煤層采用走向長壁綜采放頂煤開采采煤方法，煤層傾角為25°，煤層硬度系數(shù)0.8，煤層裂隙發(fā)育程度2類。根據(jù)工作面條件，液壓支架應(yīng)選用支撐掩護(hù)式架型，放煤方式適于選用低位放煤，工作面基本架選用正四連桿式，過渡架選用反四連桿式。

2.2 基本液壓支架高度的確定

2.2.1 支架最大高度

式中：HZmax為支架最大支護(hù)高度，mm；

2.2.2 支架最小高度

式中：HZmin為工作面最小支護(hù)高度，mm；Mmin為工作面最小采高；S2為頂板下沉量，200mm；g為頂梁上、底座下的浮矸厚度，取50mm；e為移架時支架回縮量，取100mm。

根據(jù)以上各參數(shù)和不同采放比，計算液壓支架的最大高度和最小高度[2]。

2.3 基本液壓支架支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力的確定

根據(jù)支架支護(hù)強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式確定的結(jié)果，該礦5號煤層基本液壓支架支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)不小于0.95MPa。

計算時一般支架采用1.5m中心距，大采高工作面支架中心距可采用1.75m?，F(xiàn)分別對支架中心距1.5m和1.75m兩種支架進(jìn)行對比：

式中：P為支架工作阻力，kN；q為支架的支護(hù)強(qiáng)度，0.95 MPa；Lk為端面距取 0.3 m；Ld為頂梁長度取4.63/4.885m；B 為支架中心距，1.5/1.75m；Ks為支架支撐效率，1。

經(jīng)計算支架中心距為1.5m和1.75m的兩種支架工作阻力分別為7 025 kN和8 570 kN，查表分別選用ZF7800/19/38和ZF8600/19/38四柱支撐掩護(hù)式正四連桿大插板低位放頂煤液壓支架。

2.3.1 ZF7800/19/38型放頂煤液壓支架技術(shù)參數(shù)

該礦5號煤層工作面傾斜長度按150m考慮，普通支架采用中心距為1.5m，過渡支架采用中心距為1.75m，7架“頭三尾四”布置方式，布置ZF7800/19/38型基本架93架?；炯芗夹g(shù)參數(shù)詳見下頁表1。

2.3.2 ZF8600/19/38型放頂煤液壓支架技術(shù)參數(shù)

該礦5號煤層工作面傾斜長度按150m考慮（煤壁對煤壁），采用中心距為1.5m的普通支架和中心距為1.75m的過渡支架，7架“頭三尾四”布置方式，布置ZF8600/19/38型基本架80架?；炯芗夹g(shù)參數(shù)詳見表2，架型結(jié)構(gòu)與ZF7800/19/38型支架除寬度不同外其余結(jié)構(gòu)大致相同。

表1 ZF7800/19/38型基本液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)

表2 ZF8600/19/38型基本液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.3.3 方案對比

在基本液壓支架支護(hù)強(qiáng)度不小于0.95MPa的基礎(chǔ)上，通過ZF7800/19/38型和ZF8600/19/38支架參數(shù)對比可看出：ZF7800/19/38型液壓支架寬度小，穩(wěn)定性差，質(zhì)量較小，工作面咬架、倒架時調(diào)節(jié)方便，運(yùn)輸方便，但需要總架數(shù)多，工作面管理復(fù)雜；ZF8600/19/38型液壓支架寬度大，穩(wěn)定性好，質(zhì)量大，工作面咬架、倒架時調(diào)節(jié)困難，運(yùn)輸不方便，但需要總架數(shù)少，工作面管理簡單。綜合考慮，對于基本支架，選用ZF7800/19/38型液壓支架[3-4]。

3 工作面端頭液壓支架選型設(shè)計

由于大傾角工作面液壓支架端頭受力較為復(fù)雜，下端頭又是大型設(shè)備交匯的地方，加之較厚的浮煤、浮矸導(dǎo)致其工作條件惡劣，且又是出煤部位，因此應(yīng)重點(diǎn)對端頭支架架型及結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

經(jīng)過分析對比，三架一組支護(hù)方式相對于兩架一組支護(hù)方式，最大的優(yōu)點(diǎn)是端頭支架穩(wěn)定性較好。因此端頭支架選用三架一組支護(hù)方式，本端頭移架方式為采兩刀移一次架。

3.1 端頭液壓支架高度

根據(jù)工作面通風(fēng)、行人、頂板管理、合理采放比及總體相關(guān)設(shè)備配套等要求，同時必須考慮大傾角工作面端頭后部與下運(yùn)輸平巷交匯處三角區(qū)頂板（煤）的支護(hù)和便于頂板管理、及時移架，避免運(yùn)輸平巷與煤壁片幫和架前冒頂?shù)惹闆r，最終確定端頭放頂煤液壓支架高度為2 100～3 800mm[5]。

3.2 端頭液壓支架支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力

根據(jù)總體設(shè)計配套的要求，考慮支護(hù)強(qiáng)度系數(shù)，確定液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)不小于0.54MPa。支架的支護(hù)強(qiáng)度確定后，根據(jù)配套尺寸，確定支架的頂梁長度。端頭支架支護(hù)基本是在順槽里，可以不考慮控頂距Lk=0，確定支架的工作阻力：

式中：P為支架工作阻力，kN；q為支架的支護(hù)強(qiáng)度，0.54MPa；Lk為端面距，取 0；Ld為頂梁長度，取 10.75m；B為支架寬度，3.35m；

代入值可以得：P=19 447 kN，整靠標(biāo)準(zhǔn)系列取P=21 600 kN。因此，端頭支架采用三架一組ZT21600/21/38型中置式放頂煤端頭液壓支架，端頭支架結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表3。

表3 端頭液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)

4 工作面過渡液壓支架選型設(shè)計

根據(jù)目前大傾角煤礦綜放開采過渡液壓支架選型結(jié)果以及調(diào)研資料，經(jīng)過配套研究，過渡液壓支架架型確定為反四連桿架型，支架高度為2 100～3 800 mm。過渡支架選用7架ZFG8600/21/38型放頂煤過渡液壓支架，采用“頭三尾四”布置方式，過渡支架結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表4。

表4 過渡液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)

5 結(jié)論

通過理論計算類比等方法，最終確定：

1）基本液壓支架選用ZF7800/19/38型液壓支架；

2）端頭液壓支架采用三架一組ZT21600/21/38型中置式放頂煤端頭液壓支架；

3）過渡液壓支架選用7架ZFG8600/21/38型放頂煤過渡液壓支架，采用“頭三尾四”布置方式。