莒山煤礦3號煤層綜放工作面液壓支架選型

韓康康

(山西蘭花集團 莒山煤礦有限公司， 山西 晉城 048027)

0 引言

液壓支架是一種維護頂板、承壓底板、維護工作面作業(yè)空間的重要空間結(jié)構(gòu)物，是重要的綜采技術(shù)裝備，對保證工作面安全開采具有重要意義[1-3]。隨著開采技術(shù)的不斷發(fā)展，綜采工作面液壓支架也得到全面發(fā)展。針對不同的地質(zhì)采礦條件，國內(nèi)許多院校和科研機構(gòu)研制出不同型號的液壓支架，為不同采高、不同工藝的綜采工作面開采提供技術(shù)支撐[4]。為滿足莒山煤礦3號煤層安全開采要求，以f3101工作面為工程背景，分析了液壓支架的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，確定了支架型號，為工作面支架的選型提供參考。

1 工作面概況

f3101工作面為1采區(qū)首采工作面，所采的3號煤層位于山西組下部，煤層厚5.50～8.15 m，平均厚6.18 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，含0～2層矸石。該煤層穩(wěn)定可采，煤層頂板以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細粒砂巖為主，局部發(fā)育薄層泥巖偽頂，底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖。工作面設(shè)計長度150 m，推進長度1 200 m，采用綜放工藝回采，其中采2.0～2.5 m，放3.50～5.65 m，端頭不放煤。

2 液壓支架主要技術(shù)參數(shù)與選型分析

2.1 架型分析

目前國內(nèi)外液壓支架已形成以兩柱掩護式和四柱支撐掩護式為主的主體架型。其中，兩柱掩護式支架對頂板適應性強，主要用于薄及中厚煤層一次采全高回采工作面中；而四柱支撐掩護式支架因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,主要用于厚煤層放頂煤工作面中。莒山煤礦3號煤層屬于厚煤層，采用放頂煤工藝回采，結(jié)合以往的應用實踐，工作面液壓支架確定為四柱支撐掩護式。

2.2 支護高度分析

工作面液壓支架支護高度應滿足煤層厚度變化范圍內(nèi)全部開采要求，即保證煤層最薄及最厚區(qū)域全部回采。一般而言，支架支護高度與煤層厚度滿足如下關(guān)系[5]：

Hmax≥Mmax+0.2

(1)

Hmin≤Mmin-0.2

(2)

式中:Hmax、Hmin分別為支架最大、最小高度，m；Mmax、Mmin分別為工作面最大、最小采高，m。

按3號煤層工作面最大厚度Mmax為2.5 m，最小厚度Mmin為2.0 m，將各參數(shù)代入式(1)及式(2)，得到支架最大高度Hmax=2.7 m，最小支護高度為Hmin=1.8 m。

考慮到綜放工作面液壓支架與采煤機、刮板機的配套情況及支架結(jié)構(gòu)特征，確定支架最大支護高度為2.8 m，最小支護高度為1.7 m。

2.3 支護強度分析

綜放工作面液壓支架支護強度按下式計算：

qn=9.768KM0.21γ

(3)

式中：qn為支護強度，MPa；K為備用系數(shù)，1.7；M為煤層最大高度，取8.15 m；γ為頂板巖石容重，取25 kN/m3。

代入各參數(shù)，得到支架的支護強度為0.64 MPa。

支架工作阻力按下式計算：

FS=PS×SC×BC/KS

(4)

式中：FS為支架工作阻力；PS為額定支護強度；SC為支架中心距，取1.5 m；BC為支架最大控頂距，取4.5；KS為液壓支架的支撐效率，取0.90。

代入上述參數(shù)得到FS=4 800 kN。

2.4 支架選型

根據(jù)上述分析，確定莒山煤礦f3101工作面液壓支架選用ZF4800/17/28型四柱支撐掩護式液壓支架，主要技術(shù)參數(shù)如下：

支架高度/m

1.7～2.8

支架工作阻力/kN

4 800(41.3 MPa)

支架初撐力/kN

3 660(31.5 MPa)

立柱內(nèi)徑/mm

φ260

支護強度/mm

0.64～0.71

支架中心距/mm

1 500

支架控制方式

手動控制

3 應用效果分析

ZF4800/17/28支架已用于f3101綜放工作面回采，目前工作面已經(jīng)推進一半，回采期間工作面支架立柱應力曲線如圖1所示。由圖1可知,回采期間支架應力主要集中于20～35 MPa，來壓期間立柱最大應力均超過41.3 MPa(安全閥開啟壓力)，此外回采期間未出現(xiàn)頂板應力過大而壓死支架的現(xiàn)象。由此表明,ZF4800/17/28型液壓支架支護強度設(shè)計合理，可滿足工作面安全生產(chǎn)要求。

圖1 工作面支架應力曲線

4 結(jié)論

本文結(jié)合莒山煤礦f3101綜放工作面實際煤層賦存條件及開采技術(shù)條件，研究了工作面支架主要技術(shù)參數(shù)，確定了支架型號，并進行了工程實踐，設(shè)計合理,可滿足工作面安全生產(chǎn)的要求。