顯德汪礦薄煤層液壓支架選型研究

劉玉剛

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

關(guān)鍵詞：薄煤層 支架 選型 參數(shù)

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǔ)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(shí)受周邊小煤礦老空水和底板奧灰承壓水的嚴(yán)重威脅。因此，1#煤薄煤工作面連續(xù)開采對(duì)于我礦穩(wěn)步高產(chǎn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)至關(guān)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(gòu)買時(shí)間較早，支架陳舊老化，部分支架已難以維護(hù)，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(zhǔn)備十一采區(qū)，屆時(shí)十一采區(qū)1#煤薄煤工作面也需使用薄煤綜采設(shè)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(jìn)薄煤綜采液壓支架。

支架與圍巖適應(yīng)性好能夠降低頂板事故率，實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)、高效。支架的適應(yīng)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(yīng)性及工作面處于特殊地點(diǎn)及時(shí)期的空頂技術(shù)。我們從支架架型、參數(shù)兩方面對(duì)1#煤薄煤工作面液壓支架進(jìn)行選型。

1 顯礦九采區(qū)和十一采區(qū)一號(hào)煤煤厚情況

多年來(lái)我礦開采的主要戰(zhàn)場(chǎng)在1#、2#煤層，九采區(qū)1#煤已開采了1911、1912、1913、1915四個(gè)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(wàn)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(wàn)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(xì)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(xì)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(lái)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(shí)應(yīng)考慮通風(fēng)斷面。綜合上述因素本區(qū)域1#煤應(yīng)選擇掩護(hù)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(hù)性能的最主要的技術(shù)參數(shù)，支護(hù)強(qiáng)度取決于煤層圍巖對(duì)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(guān)。根據(jù)九采區(qū)觀測(cè)數(shù)據(jù)，本煤層直接頂為Ⅱ類，頂板來(lái)壓時(shí)的最大工作阻力為1302 kN/m2，直接頂跨落步距為16 m，老頂來(lái)壓最大工作阻力1355 kN/m2，周期來(lái)壓步距6～10 m。兩巷超前影響帶50～90 m。支護(hù)強(qiáng)度計(jì)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(lái)壓步距，取最大值10 m。R為最大控頂距，4.2 m。

根據(jù)支護(hù)強(qiáng)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(shí)際觀測(cè)和計(jì)算結(jié)果，考慮到支架在生產(chǎn)過(guò)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(yīng)在煤層最大采高基礎(chǔ)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(jì)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(shí)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(yīng)在煤層最小采高基礎(chǔ)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(jī)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(lái)壓時(shí)的最大下沉量，取300 mm。

根據(jù)上述計(jì)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(guò)九采區(qū)1#煤薄煤工作面的實(shí)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(guò)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(jì)算提高支架高度，資源回收率將大大提高。因此綜合我礦實(shí)際情況和上述選型計(jì)算結(jié)果暫選支架型號(hào)為：ZY3200-12/24支撐掩護(hù)型薄煤液壓支架。ZY3200-12/24液壓支架技術(shù)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(hù)強(qiáng)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(guò)合理控制綜合機(jī)械化采煤頂板及科學(xué)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(xiàn)

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