厚煤層綜采工作面大采高支架選型及應(yīng)用

辛銀春

(山西寧武大運(yùn)華盛莊旺煤業(yè)有限公司，山西 忻州 034000)

1 引言

華盛莊旺煤礦煤層厚度較大，采煤方法或設(shè)備選型不當(dāng)造成了煤炭資源的嚴(yán)重?fù)p失，因此，必須對(duì)厚煤層綜采工作面大采高支架進(jìn)行合理的選型。本文在保證工作面液壓支架的穩(wěn)定性和可靠性的前提下，根據(jù)支護(hù)強(qiáng)度的要求，對(duì)液壓支架進(jìn)行選型，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，為華盛莊旺煤礦在厚煤層綜采工作面大采高條件下提高頂煤回收率提供了科學(xué)的依據(jù)。

2 工作面概況

20103 綜采工作面位于井田東南部，東部邊界與南溝煤業(yè)有限公司相鄰。井田邊界均留有保安煤柱20m且均未開(kāi)采，該工作面北部是蹬空區(qū)（5#層的50204采空區(qū)），南部是20102采空區(qū)，在工作面的西部是三條采區(qū)大巷：201采區(qū)軌道巷、201采區(qū)運(yùn)輸巷、201采區(qū)回風(fēng)巷。該工作面現(xiàn)主采2#煤層，厚度為2.3～5.4m，屬厚煤層，煤層沉積較穩(wěn)定，煤層傾角較平緩，賦存穩(wěn)定，頂板為深灰色細(xì)砂巖，底板為黑色泥巖或灰色砂質(zhì)泥巖。因受斷裂構(gòu)造影響，局部煤層松軟破碎，厚度有一定變化。

3 支架選型

3.1 支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

3.1.1 自重法計(jì)算支架支護(hù)強(qiáng)度

式中：

P-支護(hù)強(qiáng)度，MPa；

m-最大采高，2#煤取5.2m；

γ-頂板巖石容重，取2.6t/m3=2600kg/m3=26kN/m3。

P=(6～8)mγ=0.81～1.08(MPa)

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算支架的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)為1.08MPa。

3.1.2 按估算法確定支架支護(hù)強(qiáng)度

支架支護(hù)強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：

p-支架支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；

Kd-動(dòng)載系數(shù)，取1.5；

r-上覆巖層容重，2.6t/m3；

h-最大控制距離，m；

h=M/δ-1=5.2/1.25-1=20.8m

式中：

M-2#煤層最大采高，取5.2m；

δ-巖石初期碎脹系數(shù)，1.25。

p=1.5×20.8×26=811.2kN/m3

根據(jù)估算法計(jì)算支架支護(hù)強(qiáng)度為0.81MPa。

3.1.3 按工作阻力驗(yàn)算支架支護(hù)強(qiáng)度

式中：

ρ-上覆基巖的容重，取2.6t/m3；

M-2#煤層最大采高，取5.2m；

L-支架支撐長(zhǎng)度，m；

B-支架支撐寬度，m。

P=(6～8)×5.2×2600×4.630×1.75×9.8/1000

=(6441.2～8588.3)kN

3.2 支架選擇

通過(guò)上述三種方法計(jì)算，設(shè)計(jì)選用鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的中間支架ZY12000/28/62型低位液壓支架，過(guò)渡液壓支架ZYG12000/28/62。端頭液壓支架ZT14200/27/45，排頭液壓支架ZYT12000/24/50滿(mǎn)足工作面支護(hù)技術(shù)要求。支架具體參數(shù)如表1所示。

表1 液壓支架主要技術(shù)參數(shù)

4 工作面生產(chǎn)能力

4.1 工作面長(zhǎng)度的影響

圖1為支承壓力影響范圍隨工作面長(zhǎng)度的變化曲線(xiàn)?？梢钥闯?，當(dāng)工作面長(zhǎng)度為150m時(shí)，支承壓力的最大影響范圍超前工作面煤壁27m；當(dāng)工作面長(zhǎng)度為200m、250m、300m和350m時(shí)，最大影響范圍分別為32m、36m、42m和45m。隨著工作面長(zhǎng)度的加大，工作面前方支承壓力峰值相應(yīng)增加，增加工作面長(zhǎng)度有利于支承壓力對(duì)頂煤的破碎。

4.2 綜采工藝實(shí)測(cè)結(jié)果

綜采工藝試驗(yàn)先后進(jìn)行了一采一放單輪順序放煤、兩采一放單輪順序放煤和兩采一放雙輪順序放煤三種放煤工藝試驗(yàn)。原煤產(chǎn)量依據(jù)電子秤讀數(shù)計(jì)量。

采用一采一放單輪順序放煤工藝，放煤混矸率為24.4%，工作面回采率為81%；采用兩采一放單輪順序放煤工藝，放煤混矸率為18.17%，回采率為83%；采用兩采一放雙輪順序放煤，放煤混矸率為11.56%，工作面回采率為89%。

5 結(jié)論

本文依據(jù)支護(hù)強(qiáng)度的要求，對(duì)液壓支架進(jìn)行選型，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)具有相似條件的煤礦也具有一定的參考價(jià)值和意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。