里必礦大采高綜采工作面液壓支架選型分析

朱廣輝

（中煤集團(tuán)晉城能源有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

里必煤礦位于山西省晉城市沁水縣內(nèi)，屬于沁水煤田一部分。首采一盤區(qū)3號煤層厚度4.4～5.6m，平均5.14m。首采一盤區(qū)工作面3號煤層埋深平均650m，傾角2～8°，屬Ⅲ類不易自燃煤層，煤塵無爆炸性危險(xiǎn)，一盤區(qū)地溫正常，煤層屬煤與瓦斯突出煤層。3號煤層直接頂為炭質(zhì)泥巖或泥巖，自然抗壓強(qiáng)度28.0～34.4MPa，為中硬巖，厚度0～16.19m，平均3.57m，易垮落，頂板穩(wěn)定性相對較差；老頂為中細(xì)砂巖，自然抗壓強(qiáng)度33.77～93.1MPa，為中硬～堅(jiān)硬巖，厚度0.84～12.91m，平均8.07m，頂板穩(wěn)定性好；直接底為泥巖或砂質(zhì)泥巖，自然抗壓強(qiáng)度22.0～46.7MPa，為中硬巖，厚度0.57～10.47m，平均5.84m，其下為砂巖或灰?guī)r。

3號煤層工作面采用大采高采煤工藝，設(shè)計(jì)最大采高為5.6m。因此，需要對該工作面的液壓支架進(jìn)行選型設(shè)計(jì)分析。

2 里必礦大采高工作面液壓支架選型

2.1 大采高工作面液壓支架形式的選擇

目前美國長壁工作面中液壓支架基本以掩護(hù)式為主，約占全部架型的96%，且有向兩柱式發(fā)展的明顯趨勢。里必煤礦首采一盤區(qū)3號煤層厚度平均5.14m，工作面采高較大，煤壁易片幫。據(jù)此條件，借鑒國內(nèi)外高產(chǎn)高效工作面經(jīng)驗(yàn)，大采高工作面選用掩護(hù)式支架，底座為帶提底座千斤頂?shù)募娱L剛性底座。

2.2 大采高工作面液壓支架高度的確定

（1）液壓支架最大支撐高度Mmax

考慮到頂部浮煤或者偽頂?shù)拿奥洌簤褐Ъ茏畲笾胃叨萂max按式（1）計(jì)算確定。

式中：

Hmax-綜采工作面最大采高，取5.6m；

S1-偽頂或浮煤冒落厚度，取0.3m。

則液壓支架最大支撐高度Mmax=5.6+0.3=5.9m。

（2）液壓支架最小支撐高度Mmin

液壓支架最小支撐高度可以通過式（2）計(jì)算確定。

式中：

Hmin-綜采工作面最小采高，取4.4m；

S2-頂板最大下沉量，取0.5m；

a-移架時(shí)支架活柱伸縮量，取0.1m。

則液壓支架最小支撐高度Mmin=4.4-0.5-0.1=2.8m。

因此，通過分析計(jì)算可得里必礦一盤區(qū)首采工作面大采高液壓支架的支撐高度為2.8～5.9m。

2.3 大采高工作面液壓支架支護(hù)強(qiáng)度的確定

根據(jù)綜采工作面液壓支架與頂板的相互作用關(guān)系，液壓支架支護(hù)強(qiáng)度p可以按照式（3）經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

式中：

m-采高，m；

γ-頂板巖石容重，N/m3。

根據(jù)首采一盤區(qū)工作面的實(shí)際煤層賦存條件，3號煤層可采厚度4.4～5.6m，平均5.14m，為了最大程度地開采煤炭資源，最大采高m設(shè)為5.6m；頂板巖層平均容重為24000N/m3，煤層平均埋深約為650m，頂板來壓較劇烈，取來壓系數(shù)為8。支架的合理支護(hù)強(qiáng)度為：p=8×5.6×24000=1.0752MPa。

綜上分析，確定里必煤礦首采大采高工作面液壓支架的合理支護(hù)強(qiáng)度為1.08MPa。

3 液壓支架的確定

3.1 液壓支架技術(shù)參數(shù)確定

3.1.1 液壓支架高度和支架中心距確定

考慮到后期工作面最大采高可能達(dá)到6m，首采一盤區(qū)工作面采高范圍在4.4～5.6m。根據(jù)上述情況確定工作面液壓支架最小高度為2.8m，最大高度為6.3m。為提高大采高液壓支架穩(wěn)定性，支架中心距可以確定為1.75m。

3.1.2 液壓支架底座型式的確定

整體式剛性底座采用鋼板焊接成箱式結(jié)構(gòu)，底部封閉，整體性強(qiáng)，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，對底板比壓小；整體式剛性底座適用于底板比較松軟，采高、傾角較大以及頂板穩(wěn)定或頂板來壓較強(qiáng)的條件。由于首采一盤區(qū)工作面開采煤層厚度大，煤層埋深較大且頂板來壓較強(qiáng)，同時(shí)根據(jù)礦區(qū)鄰近礦井的經(jīng)驗(yàn)，工作面液壓支架底座選用整體剛性底座。

3.1.3 液壓支架底板比壓的確定

大采高液壓支架開采3號煤層。3號煤層底板容許比壓qc=0.73×qm，qm=0.87×Rm。其中，Rm（自然）=34.35MPa，Rm（飽水）=20.8MPa，qc（自然）=21.82MPa，qc（飽水）=13.21MPa。因此，3號煤層底板分類為較軟Ⅲb類。液壓支架對底板比壓按3倍計(jì)算，即液壓支架底板比壓為3.24MPa。

3.2 液壓支架型號

根據(jù)液壓支架相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合首采一盤區(qū)工作面地質(zhì)條件，首采一盤區(qū)工作面液壓支架確定為ZY12000/28/63型掩護(hù)式液壓支架，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 液壓支架技術(shù)特征表

4 結(jié)語

綜合考慮沁水煤田里必煤礦首采一盤區(qū)工作面的生產(chǎn)地質(zhì)條件，確定了ZY12000/28/63型掩護(hù)式液壓支架是適應(yīng)3號煤層開采需要的最優(yōu)架型，確定了支架的支護(hù)阻力為1.08MPa，能夠滿足礦井的生產(chǎn)需要。