更新綜采支架的可行性分析

摘要：本文對綜合機械化采煤工作面綜采液壓支架選型的必要性和技術性根據所處的地質條件做了進一步的分析，明確了合理選擇液壓支架既能實現“三機”配套，又能提高頂板管理的可控度。

關鍵詞：更新 綜采 工作面 液壓支架 選型 可行性

風水溝煤礦的生產格局是實現“兩綜”，即一采區一個綜采面，二采區一個小綜采面，從而滿足礦井生產能力要求。一采區是我礦的主要生產采區，設計生產能力165萬噸/年，現有綜采隊一個，幾年來通過裝備的改進，管理水平的提高，已成為我公司第一個百萬噸綜采隊，但由于我礦地質條件變化比較大，現使用的QY200-14/31型支架，已極不適應現有的煤層頂底板條件及高產高效的要求，存在較大的安全及生產缺陷，嚴重制約著生產能力的發揮。因此我礦擬對一采區綜采支架進行重新設計選型，實現裝備配套，達到高產高效的目的。

1 采區概況及地質特征

1.1 采區概況 風水溝煤礦一采區于1985年11月30日移交生產，原設計生產能力60萬噸/年，2005年改擴建設計生產能力165萬噸/年，設計一采區布置綜采工作面一個。一采區內為分水平分煤組集中下山及區段斜巷開拓，煤層間采用石門及斜巷聯系。分三個水平開采，一水平標高為+350m，二水平標高為+200m，三水平標高±0，現生產的水平是二水平。

1.2 地質特征 一采區位于風水溝煤礦井田的東翼，與二采區以中部F38號斷層為界，是井田煤層的合層至逐步分叉變薄區，煤厚1.5-26m，煤層結構復雜。煤層基本為單斜構造，走向變化大，區域內伴生小斷層發育，對開采有一定影響。一采區二水平煤系地層為晚侏羅系元寶山組，煤層傾角6-25°，平均18°，煤層頂底板巖性以砂巖、泥巖、砂質泥巖為主，容重小，含水量高，孔隙率高，抗壓強度低。

1.3 煤層頂板分類及底板比壓 2006年經遼寧工程技術大學進行實驗室相似材料模擬實驗及現場測試，煤層頂、底板分類如下：

①直接頂分類

②老頂分級（見下表）

③煤層底板比壓

5煤底板比壓q=4.5MPa，屬Ⅱ類，松軟底板；3煤底板比壓q=2.7MPa，屬Ⅰ類，極軟底板。

1.4 開采煤層的不利條件 ①煤層頂板砂巖松散破碎，直接頂極易冒落。②煤層底板泥巖及砂巖容許比壓小，特別是底板砂巖含水，強度更低。③煤層節理發育，煤壁易片幫，造成控頂距加大。④煤層走向變化大，工作面推進時基本為仰采，仰采推進最大坡度達到20°，影響正常生產。

2 一采區現綜采工作面情況

一采區現主要回采工藝為綜采，厚煤層采用下行分層走向長壁開采。工作面采高為2.75m，開采煤厚度在2.2-4.0m，分層厚度3.5m，采用煤皮假頂，工作面長度175-180m，工作面推進長度400-800m。傾角一般小于18°，最大25°。工作面推進存在仰、俯采，煤壁易片幫。

2.1 機械配備 現綜采工作面主要裝備為：MG250/600

-WD1采煤機，SGZ764/400刮板機，QY200-14/31型掩護式液壓支架。

2.2 現有支架存在的主要問題 ①支架整體穩定性差，強度低，支架工作阻力偏小。②支架及時支護性能差，底座對底板容許比壓大。③四連桿機構強度低，部分已變形，導致支架穩定性差。④側護板寬度小，易竄矸、鉆架，板材強度低，變形嚴重，彈簧套筒彎曲較多，側護板雙缸收縮力小。⑤支架推溜缸下部為封閉式，易存浮煤，清理困難。⑥工作片閥質量差。⑦立柱、平衡缸、推移千斤頂、缸筒銹蝕嚴重，有脹缸現象，大柱體和其它小缸有竄液及自縮現象。

3 更新支架的可行性分析

3.1 技術性分析 一采區二水平工作面布置情況：根據工作面排隊，一采區回采工作面以中厚及厚煤層為主，適合采用綜采、綜放開采。需根據不同的煤層條件選擇不同回采工藝：①煤層厚度在2.3-4.0m的工作面布置綜采。煤層厚度1.5-2.3m的煤層布置小綜采工作面，采用二區的小采高綜采支架開采。②煤層厚度在4.0-7.0m，不能分兩層回采的工作面布置綜放開采。③特厚煤層為第一層綜采，下部布置綜放。

根據煤層的實際情況，一采區二水平仍以綜采工作面為主。

3.2 經濟性分析 ①更新支架可保證設計年產量完成，取得較好的經濟效益。更換綜采支架后，綜采隊產量由120萬噸提高到了150萬噸。成本按100元計算，平均售價按200元，可增加效益3000萬元。②煤炭回收率提高，延長采區服務年限。采用新型支架，可使工作面一直送到現有裝備可采厚度，增加工作面推進長度，也可提高煤炭回收率。③降低了支架維修費用。現有120部支架年檢修總費用高達600萬元。若采用新支架每臺檢修費不足5000元，每年可節省300萬元檢修費用。④可降低生產成本。工作面頂底板控制的好，減少了坑木消耗，也使由于出矸造成的設備損壞和維修減少，不留設頂煤，提高了工作面可采煤量，降低了成本。

通過上述分析，通過更新一區綜采支架，實現裝備配套及完成礦井設計生產能力，在技術上可行、安全上可靠、經濟上合理。

4 支架選型技術參數

4.1 綜采支架選主要考慮因素 開采煤層頂底板較松軟，底板砂巖含水，煤層傾角18°左右，煤層厚度變化較大，工作面周期來壓不明顯。①選擇的架型應有較好的護頂性能，能及時支護頂板，頂梁受力均勻，有較大的端部載荷，有利于煤壁頂板支護，同時能有效防止架間竄矸。②支架工作阻力中等，支架重量盡可能小。③合理布置立柱位置，使支架有較大的調高范圍。④支架有較小的對底板比壓，支架底座前端受力較小，保證底座不鉆底。⑤煤層地質條件較復雜，傾角變化大，存在仰采，要求支架有較好結構及受力設計，穩定性好，能承受較大的不均勻載荷。

4.2 支架參數確定 ①架型。根據煤層條件選擇兩柱掩護式支架。②支架頂梁長度及形式。考慮支架及時護頂及防止煤壁片幫，支架前端設置伸縮前探梁，長度800mm，并設置護幫板，600*500mm；頂梁長度在2900-3200m。支架頂梁對頂板覆蓋率要高，減小竄矸。③支架高度。考慮巷道運輸方便及支護高度，選取支架高度為1.4-3.2m。④支架寬度。選取1.4-1.59m。⑤支架支護強度。P=Mγn*9.8

*10-3/（K-1）/cos18°=3*2.1*2*9.8*10-3/（1.3-1）/cos18°=0.43（MPa）。式中：P——為支架支護強度，MPa。M——采高，3.0m。γ——頂板巖石容重，取2.1t/m3。18——煤層傾角。N——頂板動載荷系數，取2。K——頂板巖石碎脹系數，取1.3。根據計算及現場實際，選取支架支護強度為0.61MPa。⑥支架工作阻力。P'=q*F*103=0.61*（3.5*1.5）*103=3200（kN）。式中：F——支架的支護面積，m2，支架頂梁長度最大3.2m，端面距取0.3m，支架寬度1.5m。⑦對底板比壓。支架底座比壓應小于煤層底板容許比壓。按底板分類方案，我礦煤層底板為Ⅰ-Ⅱ類，底板容許比壓為2.7-4.5MPa，但底板在浸水情況下，比壓將降為原值的1/3，即變為0.9-1.5MPa，因此支架底座比壓應小于0.9MPa，正常采高情況下，底座前端比壓應小于0.5MPa。⑧立柱直徑。在保證初撐力及工作阻力情況下，盡量減小柱徑，柱徑<200mm。⑨支架重量。整架重量應<10T。最終選擇架型為：ZY3200-14/32。

5 結論

經過綜合分析，一采區更換綜采支架，在技術上是可行的，經濟上是合理的。一采區更換綜采支架后能實現工作面裝備配套，使綜采隊成為裝備水平較高、素質過硬、管理先進的一流綜采隊。從煤炭資源可持續發展，保護性開采有限煤炭資源考慮，也有重要意義。

參考文獻：

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作者簡介：李海清（1968-），男，內蒙古赤峰人，風水溝煤礦總工辦，中級，采礦。