復雜厚煤層條件及開采工藝和液壓支架選型分析

王增望（陜西集華柴家溝礦業有限公司，陜西 銅川 727200）

復雜厚煤層條件及開采工藝和液壓支架選型分析

王增望
（陜西集華柴家溝礦業有限公司，陜西 銅川 727200）

摘要：本文根據該礦42204工作面地質特征等狀況，對分層開采及綜采放頂煤兩種開采工藝進行技術對比分析，對綜采放頂煤液壓支架進行了選型與分析。

關鍵詞：復雜厚煤層；開采工藝；液壓支架選型

一、42204工作面地質特征

4-2煤層為唯一可采煤層，煤厚4.0m~7.21m，平均厚度為5.61m，采煤機割煤高度2.5m，放煤高度3.11m，煤層埋藏深度271m~468m，煤層傾角3~50度，煤層結構為1~3層。夾矸巖性多為炭質泥巖、泥炭及粉砂巖，厚度為0.10m~0.35m。煤的普氏硬度系數平均f=2.2。

頂板：老頂為厚度5.03m~19.81m的粗砂巖。直接頂，為細砂巖，厚度為3m，屬中等堅實頂板。偽頂厚度為0.15m~0.5m。底板：煤層底板為炭質泥巖及泥巖，局部為粉砂巖、根土巖，厚0.5m~3.3m。遇水膨脹，回采過程可發生嚴重底鼓，約為0.3m/月。

二、開采工藝選擇

根據42204工作面地質特征，對分層開采和綜采放頂煤開采兩種開采工藝進行技術方面比較分析。

1分層開采

分層開采作為厚煤層開采的一種方法，二十世紀八十年代前，在我國應用較多，即平行于厚煤層面將厚煤層分為2m~3.0m左右的分層，自上而下逐層開采，個別也有自下而上逐層開采的。分層開采的關鍵技術就是在開采過程中為保證回采安全，應在分層間鋪設人工假頂或者形成再生頂板，其開采特點：①采煤設備配套類型齊全，操作管理方便簡單；②液壓支架及采煤機等配套設備體積小、重量輕；③采高2.0m~3.5m，煤壁壓力??；回采率一般可達到93-97%，相對綜放工藝煤塵??；④單產低，因有鋪網工序和巷道掘進率高，回撤搬家次數多等缺點，造成職工勞動強度大，生產成本高，經濟效益低；⑤下分層要留內錯式隔離煤柱，需時間待再生頂板生成，造成采出率較低，接續矛盾突出。

2綜采放頂煤開采

綜采放頂煤開采工藝，即在厚煤層底部布置一個采高2m~3m的長壁工作面，用常規方法進行開采，利用頂板壓力作用或者輔助以超前松動預裂爆破等方法，使支架上方的頂煤破碎成散體，由支架尾部的放煤口放出，經工作面后部刮板輸送機將放出的煤運出，放頂煤工藝具有高產、高效、安全、低耗等顯著特點，在厚煤層開采中，得到廣泛的使用。其具有的特點是：①單產高、效率高及工作面放煤點多且分段平行作業，生產集中，放煤作業職工勞動強度低；②與分層開采設備比較，采高低，產量主要來源于垮落頂煤，因而“三機”使用時間短，過煤量少，設備使用壽命長；③生產成本低，相對分層開采無分層數和鋪網工序，巷道掘進量小，掘進率低、減少了采煤機割煤量以及回撤搬家次數小，因而節省了材料、電力、人工工資等費用，有好的經濟效益；④對煤層厚度和地質構造變化適應性較強；⑤回采率較分層開采低10%，推采速度慢造成煤層易自燃發火以及生產過程煤塵大，上隅角瓦斯易積聚等缺點在開采時應采取一定措施，加強管理。

綜上分析，在復雜厚煤層條件下，采用綜采放頂煤開采工藝在技術、經濟等方面較分層開采具有明顯的優越性。

三、綜采放頂煤開采液壓支架選型

1架型選擇

綜放工作面支架架型在選型過程中，應考慮到礦壓顯現一般規律以及與頂煤相互作用關系，煤層的地質構造和賦存條件。42204工作面在支架選型時主要考慮以下因素：首先，支架應有良好的通風、行人空間。其次，煤層底板巖層遇水膨脹，屬不堅實至極不堅實底板。再次，礦井采用綜放開采，要求支架可靠性高，但同時受副斜井提升能力以及大巷單軌吊運輸限制及投資費用等因素，支架重量不宜太重。根據42204工作面擬開采煤層的賦存條件、礦井年產量100萬噸、端頭支護方案和綜放支架選型原則，建議選用了雙輸送機插板式低位放頂煤支架，這種支架又可分為正四連桿和反四連桿放頂煤液壓支架。反四連桿支架后部放煤空間大，有利于上部頂煤回收；正四連桿支架具有行人空間大、與反四連桿支架同等支護強度時支架重量較輕等優點。礦井開采的4-2煤層厚度較小不易成大塊冒落，故宜選用正四連桿雙輸送機插板式低位放頂煤液壓支架；為避免端面距過大引起工作面端面冒頂，支架采用鉸接頂梁并配護幫板。液壓支架閥組配置電液控制系統和紅外自動噴霧裝置并應具備運行工況監測控制上傳信息功能。

2支架工作阻力確定

通常有兩種確定方式，分別為估算法和統計類比法：

（1）統計類比法確定支架工作阻力：根據對多個綜放開采工作面實測支架最大載荷Pmax與煤層硬度系數f，煤的埋藏深度H以及頂煤厚度Md進行回歸分析，得出關系式如下：

將綜放工作面煤層條件代入上式求出Pmax，考慮到一定安全系數，即可得到工作面支架所需設計工作阻力P，即。①按照采深計 算，②按照采深計算

表1　

（2）估算法確定支架工作阻力。這種計算方法的基礎為工作面支架工作阻力支撐冒落帶頂板巖層和頂煤的重量，并平衡基本頂失穩時對支架的動載，計算公式為：

式中：q-支架支護強度

Kd-基本頂失穩時動載系數，礦壓觀察后一般為1.1-1.8之間。

q冒-冒落帶巖層自重應力，q冒= r頂.h，r頂為頂板巖層容重，取26kN/m3，根據煤層結構，取h=18m；

q頂煤-支架上方頂煤自重應力，q頂煤=r煤.Md， r煤為頂煤容重，取14.0kN/m3；

由于4-2煤層直接頂為粉細砂巖，局部為泥巖及砂質泥巖，砂質泥巖及部分細砂巖，厚度為3m左右。炭質泥巖偽頂厚度在0.1m-0.5m之間。直接頂厚度為5.03m-19.81m之間的粗砂巖，較為堅硬。頂板冒落后，其直接頂巖層垮落后不能將采空區充填滿，故老頂失穩時的動壓對支架工作阻力存在較大影響，因此取Kd=1.5。即

當支撐強度確定之后，再根據配套尺寸、支架頂梁長度、空頂距算出支架工作阻力：

式中：

P-支架工作阻力；

q-支架支護強度；

LK-空頂距0.306m；

LD-頂梁長度3.8m；

B-支架寬度1.5m。

根據上述兩種計算結果，再結合工作面的煤層實際賦存條件，將工作面液壓支架工作阻力確定為5200kN較為安全合理與經濟。

3支架的主要技術參數

支架的主要技術參數見表1。

結語

復雜厚煤層條件，開采難度較大，通過一定的經濟技術比較分析，選用適用的開采工藝，對于煤層有效合理開發，避免資源浪費具有重要意義。本文針對42204工作面的地質特征，煤層賦存條件，對相應的開采工藝及液壓支架選型進行簡單分析討論，希望具有一定參考價值。

參考文獻

[1]孟憲銳，李建民．現代放頂煤開采理論與實用技術[M]．徐州：中國礦業大學出版社，2001．

[2]王國法．放頂煤液壓支架與綜采放頂煤技術[M]．北京：煤炭工業出版社，2010．

中圖分類號：TD823

文獻標識碼：A