綜放液壓支架選型及參數(shù)確定

任凌杰

【摘 要】根據(jù)山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司礦井煤層地質(zhì)條件，對(duì)礦井現(xiàn)用的ZF6400/18/28型綜放液壓支架在使用中存在的問題進(jìn)行分析、研究，提出改進(jìn)辦法，并對(duì)支架架型和基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析，為山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司礦井綜放液壓支架選型提供了可借鑒的技術(shù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】綜放液壓支架；選型；參數(shù)確定

【中圖分類號(hào)】TD355.42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）07-0148-02

0 前言

山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t/a，采用綜采放頂煤全部垮落采煤法，進(jìn)入5#煤層開采以來，產(chǎn)量一直不高，且壓架丟煤等現(xiàn)象日益嚴(yán)重。為確保礦井工作面生產(chǎn)系統(tǒng)安全、高產(chǎn)、高效，根據(jù)5#煤層地質(zhì)條件，結(jié)合使用現(xiàn)用綜放液壓支架存在的問題，對(duì)支架選型和參數(shù)確定進(jìn)行深入分析與研究，確保礦井取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

1 煤層地質(zhì)情況

山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司的礦井田主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)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(shù)為12.8%，可采煤層有石炭系上統(tǒng)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(wěn)定全區(qū)可采煤層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單到復(fù)雜，含2～5層夾石。頂板為砂質(zhì)泥巖、細(xì)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(zhì)泥巖、細(xì)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(fā)現(xiàn)的問題

5#煤層5101工作面可采長(zhǎng)度為1 266 m；傾向長(zhǎng)149.5 m；設(shè)計(jì)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(hù)，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(jù)4#煤層地質(zhì)條件選型，進(jìn)入5#煤層開采以來，經(jīng)常出現(xiàn)如下問題：①液壓支架跑冒滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重。②割煤及周期來壓時(shí)支架自降現(xiàn)象嚴(yán)重。③結(jié)構(gòu)件嚴(yán)重變形、損壞、報(bào)廢。④放煤效果不好，頂煤放不盡，大塊煤丟失、堵塞嚴(yán)重。⑤采高過低，導(dǎo)致后運(yùn)輸機(jī)過煤空間不足，大塊煤堵塞現(xiàn)象嚴(yán)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(dá)標(biāo)，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(chǎn)量日益下降。綜上所述，該支架性能已經(jīng)不能滿足工作面正常生產(chǎn)需要，且維護(hù)費(fèi)用高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，已成為威脅礦井安全生產(chǎn)的重大隱患，影響礦井的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 原因分析

現(xiàn)根據(jù)5#煤層地質(zhì)條件及5#煤層5101工作面生產(chǎn)過程中存在的問題，結(jié)合礦井對(duì)5101工作面來壓情況、來壓規(guī)律、超前破壞監(jiān)測(cè)情況的分析，認(rèn)為主要原因如下。

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

（2）支架鋼材的材質(zhì)不好，鋼材強(qiáng)度不高，經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件開裂變形、鉸接孔嚴(yán)重?fù)p壞等現(xiàn)象，支架結(jié)構(gòu)件及放煤機(jī)構(gòu)需要采用高強(qiáng)度鋼材，提高支架的耐久性、穩(wěn)定性、抗扭性能。

（3）支架工作阻力偏小，初撐力不達(dá)標(biāo)，遠(yuǎn)不能承受頂板的劇烈來壓，導(dǎo)致如下問題：①工作面跑冒滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重。②割煤及周期來壓時(shí)支架自降現(xiàn)象嚴(yán)重，加大了采煤機(jī)司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度；周期來壓時(shí)為防止壓架現(xiàn)象發(fā)生，確保采煤順利進(jìn)行，必須舍棄頂煤直接向前推進(jìn)，避免頂煤丟失過多，浪費(fèi)礦產(chǎn)資源。③減少頂煤在支承壓力、頂板回轉(zhuǎn)和支架反復(fù)支撐共同作用的破碎情況，放煤效果極差，導(dǎo)致大塊煤堵塞后運(yùn)輸機(jī)現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，從而誘發(fā)后運(yùn)輸機(jī)斷鏈等事故。④支架間頂梁錯(cuò)差經(jīng)常超過2/3，部分支架出現(xiàn)不接頂現(xiàn)象。需要根據(jù)地質(zhì)情況重新選型計(jì)算，加大初撐力，提高支架的支護(hù)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(yīng)頂板巖層移動(dòng)所產(chǎn)生的壓力，使控頂區(qū)的頂板下沉量控制在最低程度，確保工作面的安全生產(chǎn)。

（4）采高過低，導(dǎo)致如下問題：①支架后部落放煤的運(yùn)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(dòng)不暢，大部分大塊頂煤落在采空區(qū)側(cè)，影響放頂煤工序的進(jìn)行和頂煤的運(yùn)出及頂煤回收率過低生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低。③空間太小影響設(shè)備維修及人員通行和安全生產(chǎn)，給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重隱患。

（5）采放比不合理，頂煤回收率過低，為保證采放比設(shè)計(jì)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(xù)綜放工作面能夠安全生產(chǎn)，應(yīng)及時(shí)對(duì)綜放支架進(jìn)行重新選型。

3 液壓支架架型的選擇

支架的架型選擇應(yīng)使支架與工作面地質(zhì)條件相適應(yīng)，支架結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律相適應(yīng)，支護(hù)斷面與通風(fēng)要求相適應(yīng)，液壓支架與工作面采煤機(jī)、前刮板輸送機(jī)等設(shè)備相匹配。目前，國(guó)內(nèi)外一次采全高液壓支架架型主要有2種：掩護(hù)式（兩柱）液壓支架和支撐掩護(hù)式（四柱）液壓支架。針對(duì)礦井5#煤層的地質(zhì)特征，按照我國(guó)煤炭行業(yè)《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類標(biāo)準(zhǔn)》（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(yùn)輸空間，這是保證發(fā)揮綜放設(shè)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(chǎn)出比，確保工作面快速推進(jìn)，應(yīng)選用四柱支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架。

4 液壓支架參數(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)高度的確定

山西鋪龍灣煤業(yè)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(chǔ)厚度、工作面生產(chǎn)能力及頂板狀態(tài)決定，一般采高控制在2.6 m左右。支架結(jié)構(gòu)高度的選擇：①確保支架整體運(yùn)輸高度合理，避免拆解撤架現(xiàn)象發(fā)生，將采煤機(jī)采煤的最大高度確定為3.2 m。②根據(jù)工作面三機(jī)配套原則、采煤機(jī)自身高度及前運(yùn)輸機(jī)高度，確定最小高度為2.2 m。③采煤機(jī)割煤速度必須大于液壓支架放煤速度。④工作面通風(fēng)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(shí)考慮立柱伸縮富余量取300 mm計(jì)算。⑦確定綜放工作面的采高取2.8～3.2 m。根據(jù)煤層地質(zhì)條件及采高的確定，支架的結(jié)構(gòu)高度定在1 800～3 500 mm，確保工作面高產(chǎn)、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(shù)之一。根據(jù)礦井地質(zhì)條件，已知頂煤斷裂角（α）一般為70°～120°，現(xiàn)取120°，頂板斷裂角（θ）一般為60°～65°，現(xiàn)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(fù)雜性及煤礦開采過程中的不可預(yù)測(cè)性，動(dòng)載備用系數(shù)k取1.5，空頂距（C）為0.34 m，支架中心距（B）為1.5 m，支護(hù)效率（g）為90%，確定對(duì)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(hù)強(qiáng)度Q，再確定工作阻力F。

根據(jù)公式計(jì)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(jì)算，考慮到一些不確定因素，支架工作阻力應(yīng)當(dāng)適當(dāng)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(guó)一般將綜放支架的初撐力控制在工作阻力的70%～90%。根據(jù)礦井煤層賦存條件、支架立柱數(shù)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(jù)公式P=Q×86%計(jì)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(jī)配套原則及采煤機(jī)仰采5°的要求，為避免采煤機(jī)割煤時(shí)割到頂梁而留的安全距離，一般取280～340 mm比較合理，同時(shí)也符合《煤礦安全規(guī)程》的要求。根據(jù)支架穩(wěn)定性要求，支架中心距一般取工作面一節(jié)溜槽的長(zhǎng)度為1.5 m，確保三機(jī)配套的先進(jìn)、合理。

根據(jù)上述參數(shù)確定，山西鋪龍灣煤業(yè)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(shù)指標(biāo)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(jié)語

ZF9000/18/35型綜放液壓支架是在借鑒和吸收礦井現(xiàn)用支架使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇的，使支架采高、結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度、后部空間、放煤效率等都有所提高，穩(wěn)定性、抗沖擊、抗扭性、材質(zhì)明顯加強(qiáng)，同時(shí)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了材料消耗，符合高產(chǎn)、高效生產(chǎn)的要求，有效保證了山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司礦井的安全生產(chǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王國(guó)法.液壓支架技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)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(yè)出版社，2016.

[3]王國(guó)法.高效綜合機(jī)械化采煤成套裝備技術(shù)[M].江蘇：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]