西曲礦8號煤層工作面液壓支架選型

范鵬偉

（西山煤電集團公司西曲礦， 山西 古交 030200）

1 工程概況

工作面液壓支架的合理選型是保障煤礦井下生產安全的重要環節。文章以西曲礦8號煤層18404工作面實際地質情況，對工作面液壓支架進行合理選型。

西曲礦位于山西省古交市，是西山煤電的主力礦井。18404工作面位于8號煤層南四采區北部，地面標高為1 083～1 187 m，工作面標高為882～964 m，工作面走向長約1 270 m，傾向長約220 m，煤層厚度2.60～4.25 m，平均厚度 4.0 m，煤層傾角為 3°～12°，平均傾角4°，直接頂為2.40 m的石灰巖，直接底板為1.54 m的細砂巖，老底為3.13 m的粉砂巖。

2 頂底板分類

工作面的頂底板情況對支架選型有著十分重要的影響，因此，為合理選擇支架形式要對工作面的頂底板進行分類[1]。

工作面直接頂為2.40 m厚的石灰巖，按照國家標準，直接頂分類的指標主要是根據直接頂的來壓步距。由相鄰工作面可知，直接頂的來壓步距約為12～15 m，根據分類標準，屬于Ⅱ類中等穩定頂板。

對于老頂的分級，分類指標主要是老頂的初次來壓當量Pe，其表達式為：

式中：Lf為老頂初次來壓步距，取35 m；N為直接頂充填系數，為0.6；M為煤層采高，為4.0 m。代入公式（1）得老頂的初次來壓當量Pe為1 059 kPa，為Ⅲ級來壓強烈頂板。

18404工作面8號煤層老底為厚度3.13 m的粉砂巖，直接底為厚度1.54 m的中粒砂巖，對其允許載荷強度進行測定，判定工作面底板屬V類堅硬底板[2]。

根據綜合工作面頂底板的分類情況，認為18404工作面應采用支撐掩護式支架。

3 支架選型

3.1 支架高度的確定

在開采過程中，由于工作面頂板可能存在局部冒落的情況，因此，支架的最大高度應在煤層的最大厚度基礎上再加0.2～0.3 m，為：

支架的最小高度為：

由地質資料可知，煤層最大厚度Mmax為4.25 m，最小厚度 Mmin為 2.60 m[3]。代入公式（2）、（3），可得，支架的最大高度應大于4.55 m，最小高度應小于2.3 m。

3.2 支架工作阻力的確定

根據經驗公式，工作面的支護強度應為：

式中：q為支護強度，kN/m2；L為周期來壓步距，根據鄰近工作面實測數據，取16 m，Lm為最大控頂距，取5.24 m。將數據代入公式（4）得工作面的支護強度為608.5 kN/m2。

根據支護強度可以計算出支架的工作阻力為：

式中：p為支架工作阻力，kN；b為梁端距，取0.4 m；B為支架中心距，取1.5 m；η為支架支撐效率，一般取0.9。將以上數據代入公式（5），得支架的工作阻力為5 020 kN。

3.3 支架初撐力的確定

由前面的分析可知，18404工作面的直接頂為Ⅱ類中等穩定頂板[4]，其支架初撐支護強度可通過公式（6）求得：

式中：qoh為支架初撐支護強度，kN/m2。將數據代入公式（6），可得支架初撐支護強度為399.26 kN/m2。

根據支架所需的初撐強度，可以求得初撐力為：

式中：P0為支架的初撐力，kN；Lk為最小控頂距，取4.44 m。將數據代入公式（7），可得支架的初撐力為2 984.54 kN。

4 液壓支架選型

西曲礦現使用的工作面支架為ZY5600/21/46型液壓支架，其基本參數如表1所示。

表1 支架基本參數

由表1可知，ZY5600/21/46型液壓支架完全滿足18404工作面的使用。選擇該支架，可以省去購買新型支架所需的費用，大幅降低開采成本。因此，確定工作面選擇該型液壓支架[5]。

5 結論

通過對西曲礦18404綜采工作面的實際地質情況的分析和計算，可以得到以下結論：

1）工作面的直接頂為Ⅱ類中等穩定頂板，基本頂為Ⅲ級來壓強烈頂板，底板為V類堅硬底板；

2）工作面的支架高度應為2.30～4.55 m，支護強度為608.5 kN/m2，支架工作阻力為5 020 kN，支架初撐力為2 954.52 kN；

3）從技術與經濟兩個角度來看，ZY5600/21/46型液壓支架都滿足18404工作面的需求，因此，本工作面最終決定選擇該型支架。