綜放液壓支架選型及參數確定

任凌杰

【摘 要】根據山西鋪龍灣煤業有限公司礦井煤層地質條件，對礦井現用的ZF6400/18/28型綜放液壓支架在使用中存在的問題進行分析、研究，提出改進辦法，并對支架架型和基本參數進行計算與分析，為山西鋪龍灣煤業有限公司礦井綜放液壓支架選型提供了可借鑒的技術依據。

【關鍵詞】綜放液壓支架；選型；參數確定

【中圖分類號】TD355.42 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0148-02

0 前言

山西鋪龍灣煤業有限公司礦井的設計生產能力為120萬t/a，采用綜采放頂煤全部垮落采煤法，進入5#煤層開采以來，產量一直不高，且壓架丟煤等現象日益嚴重。為確保礦井工作面生產系統安全、高產、高效，根據5#煤層地質條件，結合使用現用綜放液壓支架存在的問題，對支架選型和參數確定進行深入分析與研究，確保礦井取得最佳的經濟效益。

1 煤層地質情況

山西鋪龍灣煤業有限公司的礦井田主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，含煤地層總厚147～193 m，一般厚171 m，其中煤層總厚12.72～31.72 m，平均厚度為21.98 m，含煤系數為12.8%，可采煤層有石炭系上統太原組的4#、5#、8#煤層。5#煤層厚度為5.05～12.06 m，平均厚度為8.55 m，為穩定全區可采煤層，結構簡單到復雜，含2～5層夾石。頂板為砂質泥巖、細粒砂巖、粉砂巖，厚度為4.19～22.17 m，平均厚度為11.59 m；底板為砂質泥巖、細粒砂巖、粉砂巖，厚度為10.38～13.95 m，平均厚度為12.53 m。

2 存在問題

2.1 發現的問題

5#煤層5101工作面可采長度為1 266 m；傾向長149.5 m；設計采高2.6 m，放煤高度為5.95 m，采放比為1∶2.28，采用ZFG6400/18/28型綜放液壓支架支護，工作阻力為

6 400 kN，初撐力為5 232 kN，高度為1 800～2 800 mm。該支架是根據4#煤層地質條件選型，進入5#煤層開采以來，經常出現如下問題：①液壓支架跑冒滴漏現象嚴重。②割煤及周期來壓時支架自降現象嚴重。③結構件嚴重變形、損壞、報廢。④放煤效果不好，頂煤放不盡，大塊煤丟失、堵塞嚴重。⑤采高過低，導致后運輸機過煤空間不足，大塊煤堵塞現象嚴重。⑥采放比不合理，回采效率低。⑦支架工作阻力小，初撐力不達標，二次破煤能力差。⑧維修空間小，材料及修理成本消耗大。⑨支架事故率高，生產量日益下降。綜上所述，該支架性能已經不能滿足工作面正常生產需要，且維護費用高，勞動強度大，生產效率低，已成為威脅礦井安全生產的重大隱患，影響礦井的經濟效益。

2.2 原因分析

現根據5#煤層地質條件及5#煤層5101工作面生產過程中存在的問題，結合礦井對5101工作面來壓情況、來壓規律、超前破壞監測情況的分析，認為主要原因如下。

（1）4#煤層與5#煤層地質條件不同，現用支架各方面性能指標不適合用于5#煤層開采。

（2）支架鋼材的材質不好，鋼材強度不高，經常出現結構件開裂變形、鉸接孔嚴重損壞等現象，支架結構件及放煤機構需要采用高強度鋼材，提高支架的耐久性、穩定性、抗扭性能。

（3）支架工作阻力偏小，初撐力不達標，遠不能承受頂板的劇烈來壓，導致如下問題：①工作面跑冒滴漏現象嚴重。②割煤及周期來壓時支架自降現象嚴重，加大了采煤機司機的勞動強度；周期來壓時為防止壓架現象發生，確保采煤順利進行，必須舍棄頂煤直接向前推進，避免頂煤丟失過多，浪費礦產資源。③減少頂煤在支承壓力、頂板回轉和支架反復支撐共同作用的破碎情況，放煤效果極差，導致大塊煤堵塞后運輸機現象時常發生，從而誘發后運輸機斷鏈等事故。④支架間頂梁錯差經常超過2/3，部分支架出現不接頂現象。需要根據地質情況重新選型計算，加大初撐力，提高支架的支護能力，防止頂煤和上覆巖層過早離層，防止頂煤跨落切頂線前移，確保支架阻力適應頂板巖層移動所產生的壓力，使控頂區的頂板下沉量控制在最低程度，確保工作面的安全生產。

（4）采高過低，導致如下問題：①支架后部落放煤的運輸空間不足，大塊煤通過困難，并且移架阻力較大。②造成頂煤流動不暢，大部分大塊頂煤落在采空區側，影響放頂煤工序的進行和頂煤的運出及頂煤回收率過低生產，生產效率低。③空間太小影響設備維修及人員通行和安全生產，給安全生產帶來嚴重隱患。

（5）采放比不合理，頂煤回收率過低，為保證采放比設計合理，確保采放比小于1∶3，以提高回采效率。為確保5#層后續綜放工作面能夠安全生產，應及時對綜放支架進行重新選型。

3 液壓支架架型的選擇

支架的架型選擇應使支架與工作面地質條件相適應，支架結構與煤層賦存條件、礦壓顯現規律相適應，支護斷面與通風要求相適應，液壓支架與工作面采煤機、前刮板輸送機等設備相匹配。目前，國內外一次采全高液壓支架架型主要有2種：掩護式（兩柱）液壓支架和支撐掩護式（四柱）液壓支架。針對礦井5#煤層的地質特征，按照我國煤炭行業《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類標準》（MT/T 554—1996），選擇合理的放頂煤形式，保證放煤效果和落裝煤的運輸空間，這是保證發揮綜放設備效能的重要條件。本著投資適度、能力有余的原則，做到最佳的投入產出比，確保工作面快速推進，應選用四柱支撐掩護式放頂煤液壓支架。

4 液壓支架參數

4.1 結構高度的確定

山西鋪龍灣煤業有限公司的礦井為緩傾斜煤層，綜放工作面采高主要由煤層存儲厚度、工作面生產能力及頂板狀態決定，一般采高控制在2.6 m左右。支架結構高度的選擇：①確保支架整體運輸高度合理，避免拆解撤架現象發生，將采煤機采煤的最大高度確定為3.2 m。②根據工作面三機配套原則、采煤機自身高度及前運輸機高度，確定最小高度為2.2 m。③采煤機割煤速度必須大于液壓支架放煤速度。④工作面通風必須合理。⑤液壓支架后部空間必須足夠大。⑥支架最大采高和最小采高時考慮立柱伸縮富余量取300 mm計算。⑦確定綜放工作面的采高取2.8～3.2 m。根據煤層地質條件及采高的確定，支架的結構高度定在1 800～3 500 mm，確保工作面高產、高效。

4.2 支架阻力的確定

液壓支架的工作阻力是指支架的承載能力，也稱為支架的合力，是支架的重要參數之一。根據礦井地質條件，已知頂煤斷裂角（α）一般為70°～120°，現取120°，頂板斷裂角（θ）一般為60°～65°，現取65°，頂煤厚度（h）為9.06 m，有效控頂距（L）為4.691 m，頂煤的容重（r）為14.5 kN/m3，頂板巖石的容重（R）為26 kN/m3，考慮到影響支架阻力因素的復雜性及煤礦開采過程中的不可預測性，動載備用系數k取1.5，空頂距（C）為0.34 m，支架中心距（B）為1.5 m，支護效率（g）為90%，確定對支架有直接影響的巖層厚度H，采用斷裂角確定綜放支架的支護強度Q，再確定工作阻力F。

根據公式計算如下：

H=（L+h/tanα）tanθ=（4.691+9.06/tan120°）×tan65°=21.3 m

Q=k（rh+RH）=1.5×（14.5×9.06+25×21.3）=995.8 kN/m2

F=Q（C+L）B/g=995.8×（0.34+4.691）×1.5/0.9=

8 349 kN

通過上述計算，考慮到一些不確定因素，支架工作阻力應當適當提高，礦井5#煤層支架的工作阻力確定為9 000 kN。

4.3 支架初撐力的確定

我國一般將綜放支架的初撐力控制在工作阻力的70%～90%。根據礦井煤層賦存條件、支架立柱數量及缸徑、乳化液泵站壓力，礦井液壓支架初撐力確定為工作阻力的86%較合理，根據公式P=Q×86%計算，則礦井液壓支架初撐力為P=9 000×86%=7 760 kN。

4.4 支架梁端距及中心距的確定

梁端距是指移架后頂梁前端至煤壁的距離，考慮工作面三機配套原則及采煤機仰采5°的要求，為避免采煤機割煤時割到頂梁而留的安全距離，一般取280～340 mm比較合理，同時也符合《煤礦安全規程》的要求。根據支架穩定性要求，支架中心距一般取工作面一節溜槽的長度為1.5 m，確保三機配套的先進、合理。

根據上述參數確定，山西鋪龍灣煤業有限公司的礦井選用ZF9000/18/35型綜放液壓支架比較合理。ZF9000/18/35型液壓支架的主要技術指標如下：工作阻力為9 000 kN，初撐力為7 760 kN，高度為1 800～3 500 mm。

5 結語

ZF9000/18/35型綜放液壓支架是在借鑒和吸收礦井現用支架使用經驗的基礎上選擇的，使支架采高、結構件強度、后部空間、放煤效率等都有所提高，穩定性、抗沖擊、抗扭性、材質明顯加強，同時提高勞動生產率，降低工人勞動強度，減少了材料消耗，符合高產、高效生產的要求，有效保證了山西鋪龍灣煤業有限公司礦井的安全生產。

參 考 文 獻

[1]王國法.液壓支架技術[M].北京：煤炭工業出版社，1999.

[2]崔志剛.煤礦液壓支架與泵站的維修及故障處理[M].北京：煤炭工業出版社，2016.

[3]王國法.高效綜合機械化采煤成套裝備技術[M].江蘇：中國礦業大學出版社，2008.

[責任編輯：陳澤琦]