ZF12800/16/24巷道放頂煤液壓支架的研制和應(yīng)用

趙連忠

（河北天擇重型機(jī)械有限公司，河北 邯鄲 056200）

1 引言

新疆煤炭生產(chǎn)企業(yè)已在實(shí)踐中應(yīng)用和推廣了水平分層懸移支架放頂煤、偽傾斜柔性掩護(hù)支架等急傾斜煤層采煤方法，對(duì)8m以上和4m以下急斜煤層開采積累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。但是開采4～8m厚急傾斜煤層仍為難點(diǎn)，原因是采用偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤方法目前存在支架結(jié)構(gòu)不完善、適應(yīng)煤層厚度的變化能力差的問題。為此，新疆拜城縣峰峰煤焦化有限公司托克遜煤礦在急傾斜煤層采用水平分段液壓支架放頂煤采煤法進(jìn)行試驗(yàn)。我公司結(jié)合托克遜礦實(shí)際條件,研發(fā)了一種ZF12800/16/24型組合邁步式巷道放頂煤液壓支架，適用于煤層傾角60°～90°的急傾斜煤層的水平分層巷道放頂煤開采。

2 液壓支架的總體設(shè)計(jì)

2.1 托克遜礦地質(zhì)條件

A9煤層：全井田可采，為井田主采煤層之一。煤層厚度在4.5～8.7m，平均厚度6.8m，煤層頂、底板均為粗砂巖。東部煤層產(chǎn)狀 345°～346°∠81°～86°，西部為 180°∠78°～84°，與 A11間距自西向東逐漸變?。?5～21m）。該煤層總體上表現(xiàn)為中間薄、東西厚的特點(diǎn)。

2.2 工作面設(shè)備選型和煤層液壓支架選型設(shè)計(jì)原則

（1）急傾斜煤層水平分段工作面支架需要根據(jù)煤層厚度確定放頂煤支架數(shù)量，本工作面煤層厚度4～7m，選擇架寬1.25m的支架可以布置兩架放頂煤支架。

（2）需要設(shè)置拉移放頂煤支架的裝置，為此需要設(shè)計(jì)組合支架，即放頂煤支架為后架，在其前方應(yīng)設(shè)置前架，前后支架之間用液壓缸連接，使前后架互為支點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)跟步式前移。

（3）工作面刮板輸送機(jī)安設(shè)在并列的2組支架間，機(jī)尾置于放頂煤支架尾梁下，用于運(yùn)出放出的頂煤。

（4）支架的支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力應(yīng)滿足支撐急傾斜煤層礦山壓力的需要。

（5）支架的側(cè)護(hù)板應(yīng)根據(jù)急傾斜煤層工作面條件，采用折疊式結(jié)構(gòu)。

圖1 工作面設(shè)備布置圖

2.3 工作面支架支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

水平分段高度10m，開幫高度2.5m，放煤高度7.5m。根據(jù)放頂煤工作面實(shí)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，以煤層厚度與巖石容重的乘積表示工作面頂板壓力，即：P力＝knMγ式中，P力－工作面頂板壓力，kN/m2；k－安全系數(shù)，取 k=1.3；n－折算系數(shù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)此折算系數(shù)在來壓期間n＝9.548M-0.79；M－開采區(qū)段高度，10m；γ－頂煤/巖容重，取 21kN/m3。

2.4 急傾斜液壓支架設(shè)計(jì)

根據(jù)支架選型原則和支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算，結(jié)合托克遜礦煤層條件和生產(chǎn)條件和安全生產(chǎn)要求，在認(rèn)真總結(jié)國(guó)內(nèi)外綜采技術(shù)成果，分析研究各種液壓支架特點(diǎn)和煤礦使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用有限元方法對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬試驗(yàn)分析，確定支架合理參數(shù)，開發(fā)出適用于煤層傾角60°～90°的急傾斜煤層的水平分段放頂煤開采的ZF12800/16/24水平分段放頂煤支架。

（1）支架的主要特點(diǎn)

采用前后組合支架形式，前后支架間用液壓缸連接，4架為一組，包括2個(gè)前架和2個(gè)后架。其中后架為低位放頂煤支架，同時(shí)作為前架移動(dòng)的支點(diǎn)，前架主要用于后架前方的頂板支護(hù)，并作為拉移放頂煤支架的支點(diǎn)。

前后架全部采用四柱支撐，具有支撐能力強(qiáng)的的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用反四連桿機(jī)構(gòu)可以承受外部水平推力。

兩組并列的支架底座之間的間距達(dá)660mm，可以根據(jù)產(chǎn)能需要鋪設(shè)SGB-620/40T或SGZ-630/150等型號(hào)的刮板輸送機(jī)，運(yùn)輸能力大。

組合支架外側(cè)側(cè)護(hù)板采用折疊式結(jié)構(gòu)，便于適應(yīng)煤層厚度的變化。

這種組合支架整體穩(wěn)定性好，支護(hù)和放煤效果好。支架結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，尺寸緊湊。選用了最簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了初期投資，保證支架達(dá)到良好的工作條件。具有穩(wěn)定性好、整體性強(qiáng)、支護(hù)和放煤效果好的特點(diǎn)。該支架的研制成功，可以解決急傾斜4～8m煤層水平分段放頂煤采煤工藝的支護(hù)和放煤難題。

（2）支架結(jié)構(gòu)組成

該巷道放頂煤支架按四架一組布置，前后部各左右對(duì)稱兩架，刮板輸送機(jī)布置于左右兩組支架之間，也可根據(jù)煤層厚度來調(diào)整支架數(shù)量或?qū)挾?。后部左右?duì)稱兩架設(shè)有大尾梁放頂煤機(jī)構(gòu)，前后支架用千斤頂連接，來實(shí)現(xiàn)移架其功能，配套刮板機(jī)為 SGB620（630）/40（150）刮板機(jī)（如圖 1）。

（3）支架主要技術(shù)參數(shù)

架型：四柱反四連桿組合邁步式放頂煤液壓支架；支架高度：1600～2400mm；支架寬度：3671～4090；支護(hù)強(qiáng)度：0.46MPa；支架工作阻力（P=39.8MPa）：12800kN；支架初撐力：10128kN；操作方式：本架；泵站壓力：31.5MPa。

3 實(shí)施效果

該采煤方法在試驗(yàn)期內(nèi)完全達(dá)到了試驗(yàn)預(yù)期目的。試驗(yàn)證明，該采煤方法具有安全性好、回采工效及工作面回采率高、工作環(huán)境好、職工勞動(dòng)強(qiáng)度小、巷道掘進(jìn)率低、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，是非常適合托克遜煤礦地質(zhì)條件的一種采煤方法，達(dá)到了該煤層賦存條件下實(shí)現(xiàn)高效安全生產(chǎn)礦井的目標(biāo)：（1）1870～1880A9煤層小階段放頂煤工作面實(shí)際產(chǎn)煤37250.27t（包括與1890A9工作面采空區(qū)隔離煤柱10878t）。（2）回采期間合計(jì)用工1975人，全員噸煤工效18.86t/人。（3）正常平均日產(chǎn)原煤761t/天，最高日產(chǎn)為1038t。（4）工作面回采率為85.6%。（5）降低了巷道掘進(jìn)率，由原來巷道千噸掘進(jìn)率40m左右降低到25m左右。（6）降低了原煤生產(chǎn)成本，由原來的80元/t降低到70元/t。（7）減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)該礦井煤層賦存條件，對(duì)A9煤層提出了水平分段輕型放頂煤液壓支架炮采放頂煤采煤方法。本采煤方法與傳統(tǒng)的采煤方法在工作面作業(yè)形式上有較大的區(qū)別，即“只放頂、不開幫”，或者可以理解為“事先全面開幫”。使用結(jié)果表明，工作面支護(hù)安全性好，機(jī)械化程度高，推進(jìn)度快，回采率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，效率較高。

急傾斜特厚煤層水平分段綜采放頂煤是急傾斜煤層開采方法改革的重要成果之一，它充分利用了急傾斜煤層傾角大、煤層易垮落、頂板穩(wěn)固性相對(duì)較好的特點(diǎn)，利用了綜采放頂煤的優(yōu)勢(shì)，形成了自己較為完整的礦壓控制及回采工藝的理論體系，真正實(shí)現(xiàn)了急傾斜煤層開采的高產(chǎn)高效，是急傾斜煤層采煤方法改革的一個(gè)里程碑。