復(fù)雜厚煤層條件及開(kāi)采工藝和液壓支架選型分析

王增望（陜西集華柴家溝礦業(yè)有限公司，陜西 銅川 727200）

復(fù)雜厚煤層條件及開(kāi)采工藝和液壓支架選型分析

王增望
（陜西集華柴家溝礦業(yè)有限公司，陜西 銅川 727200）

摘要：本文根據(jù)該礦42204工作面地質(zhì)特征等狀況，對(duì)分層開(kāi)采及綜采放頂煤兩種開(kāi)采工藝進(jìn)行技術(shù)對(duì)比分析，對(duì)綜采放頂煤液壓支架進(jìn)行了選型與分析。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜厚煤層；開(kāi)采工藝；液壓支架選型

一、42204工作面地質(zhì)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(jī)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(jié)構(gòu)為1~3層。夾矸巖性多為炭質(zhì)泥巖、泥炭及粉砂巖，厚度為0.10m~0.35m。煤的普氏硬度系數(shù)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(xì)砂巖，厚度為3m，屬中等堅(jiān)實(shí)頂板。偽頂厚度為0.15m~0.5m。底板：煤層底板為炭質(zhì)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(guò)程可發(fā)生嚴(yán)重底鼓，約為0.3m/月。

二、開(kāi)采工藝選擇

根據(jù)42204工作面地質(zhì)特征，對(duì)分層開(kāi)采和綜采放頂煤開(kāi)采兩種開(kāi)采工藝進(jìn)行技術(shù)方面比較分析。

1分層開(kāi)采

分層開(kāi)采作為厚煤層開(kāi)采的一種方法，二十世紀(jì)八十年代前，在我國(guó)應(yīng)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(kāi)采，個(gè)別也有自下而上逐層開(kāi)采的。分層開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)就是在開(kāi)采過(guò)程中為保證回采安全，應(yīng)在分層間鋪設(shè)人工假頂或者形成再生頂板，其開(kāi)采特點(diǎn)：①采煤設(shè)備配套類型齊全，操作管理方便簡(jiǎn)單；②液壓支架及采煤機(jī)等配套設(shè)備體積小、重量輕；③采高2.0m~3.5m，煤壁壓力小；回采率一般可達(dá)到93-97%，相對(duì)綜放工藝煤塵??；④單產(chǎn)低，因有鋪網(wǎng)工序和巷道掘進(jìn)率高，回撤搬家次數(shù)多等缺點(diǎn)，造成職工勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)成本高，經(jīng)濟(jì)效益低；⑤下分層要留內(nèi)錯(cuò)式隔離煤柱，需時(shí)間待再生頂板生成，造成采出率較低，接續(xù)矛盾突出。

2綜采放頂煤開(kāi)采

綜采放頂煤開(kāi)采工藝，即在厚煤層底部布置一個(gè)采高2m~3m的長(zhǎng)壁工作面，用常規(guī)方法進(jìn)行開(kāi)采，利用頂板壓力作用或者輔助以超前松動(dòng)預(yù)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(jīng)工作面后部刮板輸送機(jī)將放出的煤運(yùn)出，放頂煤工藝具有高產(chǎn)、高效、安全、低耗等顯著特點(diǎn)，在厚煤層開(kāi)采中，得到廣泛的使用。其具有的特點(diǎn)是：①單產(chǎn)高、效率高及工作面放煤點(diǎn)多且分段平行作業(yè)，生產(chǎn)集中，放煤作業(yè)職工勞動(dòng)強(qiáng)度低；②與分層開(kāi)采設(shè)備比較，采高低，產(chǎn)量主要來(lái)源于垮落頂煤，因而“三機(jī)”使用時(shí)間短，過(guò)煤量少，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)；③生產(chǎn)成本低，相對(duì)分層開(kāi)采無(wú)分層數(shù)和鋪網(wǎng)工序，巷道掘進(jìn)量小，掘進(jìn)率低、減少了采煤機(jī)割煤量以及回撤搬家次數(shù)小，因而節(jié)省了材料、電力、人工工資等費(fèi)用，有好的經(jīng)濟(jì)效益；④對(duì)煤層厚度和地質(zhì)構(gòu)造變化適應(yīng)性較強(qiáng)；⑤回采率較分層開(kāi)采低10%，推采速度慢造成煤層易自燃發(fā)火以及生產(chǎn)過(guò)程煤塵大，上隅角瓦斯易積聚等缺點(diǎn)在開(kāi)采時(shí)應(yīng)采取一定措施，加強(qiáng)管理。

綜上分析，在復(fù)雜厚煤層條件下，采用綜采放頂煤開(kāi)采工藝在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面較分層開(kāi)采具有明顯的優(yōu)越性。

三、綜采放頂煤開(kāi)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(guò)程中，應(yīng)考慮到礦壓顯現(xiàn)一般規(guī)律以及與頂煤相互作用關(guān)系，煤層的地質(zhì)構(gòu)造和賦存條件。42204工作面在支架選型時(shí)主要考慮以下因素：首先，支架應(yīng)有良好的通風(fēng)、行人空間。其次，煤層底板巖層遇水膨脹，屬不堅(jiān)實(shí)至極不堅(jiān)實(shí)底板。再次，礦井采用綜放開(kāi)采，要求支架可靠性高，但同時(shí)受副斜井提升能力以及大巷單軌吊運(yùn)輸限制及投資費(fèi)用等因素，支架重量不宜太重。根據(jù)42204工作面擬開(kāi)采煤層的賦存條件、礦井年產(chǎn)量100萬(wàn)噸、端頭支護(hù)方案和綜放支架選型原則，建議選用了雙輸送機(jī)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(hù)強(qiáng)度時(shí)支架重量較輕等優(yōu)點(diǎn)。礦井開(kāi)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(jī)插板式低位放頂煤液壓支架；為避免端面距過(guò)大引起工作面端面冒頂，支架采用鉸接頂梁并配護(hù)幫板。液壓支架閥組配置電液控制系統(tǒng)和紅外自動(dòng)噴霧裝置并應(yīng)具備運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)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(tǒng)計(jì)類比法：

（1）統(tǒng)計(jì)類比法確定支架工作阻力：根據(jù)對(duì)多個(gè)綜放開(kāi)采工作面實(shí)測(cè)支架最大載荷Pmax與煤層硬度系數(shù)f，煤的埋藏深度H以及頂煤厚度Md進(jìn)行回歸分析，得出關(guān)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(shù)，即可得到工作面支架所需設(shè)計(jì)工作阻力P，即。①按照采深計(jì) 算，②按照采深計(jì)算

表1　

（2）估算法確定支架工作阻力。這種計(jì)算方法的基礎(chǔ)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(wěn)時(shí)對(duì)支架的動(dòng)載，計(jì)算公式為：

式中：q-支架支護(hù)強(qiáng)度

Kd-基本頂失穩(wěn)時(shí)動(dòng)載系數(shù)，礦壓觀察后一般為1.1-1.8之間。

q冒-冒落帶巖層自重應(yīng)力，q冒= r頂.h，r頂為頂板巖層容重，取26kN/m3，根據(jù)煤層結(jié)構(gòu)，取h=18m；

q頂煤-支架上方頂煤自重應(yīng)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(xì)砂巖，局部為泥巖及砂質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖及部分細(xì)砂巖，厚度為3m左右。炭質(zhì)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(jiān)硬。頂板冒落后，其直接頂巖層垮落后不能將采空區(qū)充填滿，故老頂失穩(wěn)時(shí)的動(dòng)壓對(duì)支架工作阻力存在較大影響，因此取Kd=1.5。即

當(dāng)支撐強(qiáng)度確定之后，再根據(jù)配套尺寸、支架頂梁長(zhǎng)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(hù)強(qiáng)度；

LK-空頂距0.306m；

LD-頂梁長(zhǎng)度3.8m；

B-支架寬度1.5m。

根據(jù)上述兩種計(jì)算結(jié)果，再結(jié)合工作面的煤層實(shí)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(jīng)濟(jì)。

3支架的主要技術(shù)參數(shù)

支架的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜厚煤層條件，開(kāi)采難度較大，通過(guò)一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較分析，選用適用的開(kāi)采工藝，對(duì)于煤層有效合理開(kāi)發(fā)，避免資源浪費(fèi)具有重要意義。本文針對(duì)42204工作面的地質(zhì)特征，煤層賦存條件，對(duì)相應(yīng)的開(kāi)采工藝及液壓支架選型進(jìn)行簡(jiǎn)單分析討論，希望具有一定參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]孟憲銳，李建民．現(xiàn)代放頂煤開(kāi)采理論與實(shí)用技術(shù)[M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001．

[2]王國(guó)法．放頂煤液壓支架與綜采放頂煤技術(shù)[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2010．

中圖分類號(hào)：TD823

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A