淺埋深大采高長工作面綜采支架設備選型與參數研究

史紅宇

（山西中陽鋼鐵集團中鋼煤業公司，山西 呂梁 033400）

淺埋深大采高長工作面綜采支架設備選型與參數研究

史紅宇

（山西中陽鋼鐵集團中鋼煤業公司，山西 呂梁 033400）

針對某礦51101綜采面的地質條件和開采條件，根據支架的受力特征，確定了支架的工作阻力和初撐力，通過對采場頂板移近量的預測，支架底座對工作面底板的比壓選定，以及支架的移架周期和推移步距計算，進而選定了支架的架型，從而為該礦綜采面的支架選型提供了依據。

大采高；長工作面；綜采支架

1 工作面概括

51101工作面的煤層的平均賦存深度139m，工作面長300m，煤層厚度平均6 m，賦存較穩定，采用大采高綜采，設計生產能力1 000萬t/a。直接頂一般為泥巖或細砂巖，厚度平均為12.12 m，老頂為中砂巖或粗砂巖，厚度平均為9.17m。

2 大采高長工作面配套液壓支架的選型的主要原則

支架架型結構與工作面煤層賦存條件相適應；液壓支架對頂板的支護強度與頂板破斷運動規律相適應；支架的支撐高度與工作面采高相適應；支架電液控制系統的技術性能（主要指跟機移架循環周期）與工作面高速推進的生產技術條件相適應；支架的可靠性（主要指實際大修周期和實際使用壽命）必須與高產高效工作面的生產要求相適應；支架運輸尺寸、搬運方式及支架自重與礦井輔助運輸條件相適應；支架通風斷面與工作面通風要求相適應。

3 淺埋深大采高長工作面綜采支架選型與參數確定

3.1 液壓支架結構型式的確定

根據神東礦區大采高超長面的礦壓特點和近年來引進支架的使用情況，51101綜采工作面配套液壓支架結構型式宜選用兩柱掩護式。

3.2 支架工作阻力的確定

對于長壁綜采工作面，頂板巖層的垮落與破斷運動規律決定了采場礦壓顯現強度大小。而采場礦壓顯現規律則主要取決于煤層采高、頂板的直接頂和老頂巖層的巖性強度與厚度等參數，同時取決于工作面的開采面積范圍等。

（1）直接頂載荷倍數確定法

按照長壁工作面的關鍵巖層控制理論，51101綜采面采高6.0m，直接頂的厚度12.12 m，則液壓支架應該具有的額定工作阻力P為：

式中：Ks為安全富裕系數，2.0；B為支架的寬度，m；L為支架的長度，m；K為來壓動載系數；γ為上覆巖層的平均體積力，kN/m3；Σh為直接頂垮落厚度，m。

代入數據得，

P=2.0×4.5×2×23.6×12.12=9010kN/架.

（2）關鍵巖層控制理論確定支架阻力

在考慮老頂細砂巖巖性與強度所決定的周期來壓步距的情況下，在老頂厚度9.17m，根據頂板柱狀實際情況，均布載荷按老頂本身自重考慮，

則q=9.17×23.6=0.22mPa.

老頂巖石抗拉強度為2.60 mPa，一般周期來壓步距為LC=18.35m，此時支架應該具有的工作阻力為

（3）應用中國《緩傾斜煤層頂板分類試行方案》中支護強度確定支架阻力

在《緩傾斜煤層頂板分類方案》中，支架支護強度的回歸計算公式為：

式中：hm為工作面采高，m；L0為工作面來壓步距，m；Be為支架控頂距，包括機道寬度，m；N為直接頂與采高之比。

51101綜采面，采高hm=6.0 m，初次來壓步距L0=44.58m，支架最大控頂距Be=5.55 m（頂梁長+前探梁長），直接頂與采高之比（采空區充填系數）N=2.02，帶入參數可得該工作面煤層的額定支護強度為：

取1.2的安全系數，需要的額定工作阻力P為

綜合上面的分析，預測的支架工作阻力分別為9 010 kN/架、8 588 kN/架和11 429 kN/架，為此認為支架合理工作阻力應為9675kN/架。

3.3 支架初撐力的確定

一般初撐力可按下式確定

根據該礦區所用液壓支架的初撐力比例實際，DBT和JOY支架一般均為0.7，因此選用支架初撐力應為6773kN/架。

3.4 采場頂底板移近量的預測

按照51101綜采面巖層結構條件，周期來壓時期的老頂巖層極限下沉量為

根據綜采工作面頂板的線性下沉規律，在不考慮直接頂彈性變形的情況下，工作面支架控頂處（支架尾端）的最大下沉量為：

式中：LZ為周期來壓步距，按18.35m進行計算。

如果按照一般全部垮落法開采的頂板下沉預計公式，則

據此預測，51101綜采面頂板下沉量為715 mm～833 mm之間，若再考慮底板的鼓起量100 mm，則工作面的頂底板相對移近量應為815 mm～933 mm。

3.5 支架底座對工作面底板的比壓適應性

支架底座對工作面底板的比壓以礦區在用的液壓支架的底座比壓作參考，采用類比法選定。選定情況見表1。

表1 神東礦區液壓支架底座比壓對比

從表1可以看出，該礦區目前在用液壓支架的平均比壓為2.0mPa～2.5mPa。這些支架已經應用多年，配合提底座機構的應用，支架底座對工作面底板條件的適應情況良好。因此，大采高超長綜采面支架的平均底座比壓可參考選定為小于2.5mPa。

51101工作面煤層底板砂質泥巖的抗壓強度為32.48 mPa，考慮工作面俯斜開采時積水影響，其軟化系數為0.75，則砂質泥巖底板受水的影響強度降低為24.36 mPa，按照中國煤層底板分類，1-2煤層底板屬于IV類中硬底板。該底板巖層強度為支架比壓最大值和平均值的9.0倍和12.2倍，可見底板巖層滿足支架比壓的要求，不會發生支架陷底，影響工作面推進速度的情況，能達到采面高產高效和快速推進的目的。

3.6 支架移架循環周期

液壓支架的跟機移架速度必須滿足采煤機割煤時的平均牽引速度，即不得低于7.72m/mi n。

液壓支架一個降架-移架-升架循環的周期t可以采用下式計算：

式中:v為采煤機平均截割牽引速度7.72m/mi n；A為支架中心距，1.75m。

3.7 支架推移步距

液壓支架的有效推移步距應與采煤機的截深相配套，采煤機選型計算推薦采用0.865 m截深的滾筒，因此對應液壓支架的有效推移步距應為865 mm。

4 結論

對于51101綜采面6 m采高和300 m長工作面，支架合理工作阻力應為9 675 kN/架，初撐力6773 kN/架；液壓支架的有效推移步距應為865mm；移架速度必須小于13.6 s/架；底座對底板平均比壓小于2.5mPa。

51101綜采面支架可選用DBT液壓支架，其型號為2l eg-shi el d，支撐高度2.7m～6.0m，支架寬度1.75m，工作阻力2×5170 kN，推移步距865 mm，控制方式，Pm4電液控制系統，移架速度8s。

[1]閻少宏.綜放工作面支架工作阻力確定的理論應用[J].煤炭學報.2002，（2）:64-67.

[2]徐萬軍.通安煤礦綜采工作面液壓支架選型與計算[J].煤炭技術，2008，（12）:22-24.

[3]仲志善.牛西井技改首采面綜放支架選型[J].煤，2007，（5）:21-24.

Model Selection and Parameter Study of Fully-mechanized Mining Support Equipments on Shallow-bury-deep Large Mining Height Long Faces

SHI Hong-yu
(Zhongyang St eelCoalCo.ofShanxiZhongyang St eelGroup,,Lvl i ang Shanxi033400)

O n the geological and mining condition of N o.51101 fully-mechanized driving face and stress features of support, w orking resistances and setting loads of the support are determined. Then, by prediction of roof displacement, selection of the load ratio of support's base to floor, and calculation of advancing cycle andpropelling space of the support, one model is chosen, w hich provides the evidence for model selection in fully- mechanized w orking face.

l arge mining height;l ong working face;fully-mechani zed mining support

TD355+.41；TD355+.42

A

1672-5050（2010）12-0067-03

編輯：劉新光

2010-09-15

史紅宇（1969—），男，山西夏縣人，本科，工程師，從事煤礦生產安全技術管理工作。