煤礦綜采工作面液壓支架選型設計

張同鑫 趙曉航 程錦

摘 要： 對于綜采工作面來講，液壓支架是十分關鍵的設備，只有保證液壓支架架型選擇的合理性，才能夠實現(xiàn)綜采工作面的實際產(chǎn)量以及效率不斷提高，將綜采設計效能有效發(fā)揮出來，最終達到高產(chǎn)與高效發(fā)展目標。基于此，文章以煤層頂?shù)装宸诸悶榛A，綜合考慮煤層的賦存條件，借助理論計算的方式明確與工作面相適應的液壓支架型號，以不斷優(yōu)化液壓支架可靠性以及適用性。

關鍵詞： 煤礦綜采工作面;液壓支架;選型;設計

【中圖分類號】TD355.41 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）07-0228-01

在煤礦長壁開采工作面中，液壓支架的作用重要，且投資在成套設備中占比超過60%，所以其可靠性以及適用性均會對工作面生產(chǎn)的安全性帶來影響。以某煤集團的煤礦工作面為例，其屬于懸移支架工作面，在改進采煤方法后轉變成綜合機械化采煤方式，所以要合理選擇綜采工作面的液壓支架型號，以全面提高工作面產(chǎn)量以及效率，將綜采設計效能有效發(fā)揮出來，進而達到高產(chǎn)高效目的。

1 綜采工作面地質概述

此煤礦主要以3號無煙煤煤層為主采，厚度在4.6-5.9米之間，厚度平均值在5.3米，而煤層傾角平均數(shù)值是5度[1]。此煤層的賦存相對穩(wěn)定且結構簡單，水文地質條件理想。此煤層所含瓦斯量以及壓力相對較大，不建議選擇綜采放頂煤工藝技術。在這種情況下，將長壁分層綜采采煤的方法引入其中。此煤層的直接頂是泥巖，且厚度在2.8-8.5米之間，層理發(fā)育，并在風化后沿著層理面出現(xiàn)裂開情況。另外，煤層的基本頂屬于堅硬巖石，而直接底是黑色泥巖與砂質泥巖，基本底是灰色細粒砂巖。

2 綜采工作面液壓支架選型設計研究

2.1 常見底板類別

綜合考慮底板抗壓特性，可將傾斜煤層以及緩傾斜煤層的工作面底板劃分成五種類型，即極軟型、松軟型、較軟型、中硬型與堅硬型。與此同時，不同型號的支護阻力液壓支架，其底座的尖端對于底板巖層比壓不允許大于工作面底板容許比壓。如果極軟底板與松軟底板引進液壓支架，則必須對底板比壓的分布結構進行改善并完成設計[2]。一般情況下，可將支架的額定阻力降低，且立柱鉸接點增大到底座尖端水平距離，不允許低于300毫米。將底座寬度增加亦或是選擇使用彈性底座。在實際測量后了解到，此煤層工作面的底板比壓是4.5兆帕，也就是說，其容許的比壓比3兆帕小，是堅硬型底板。為此，在對液壓支架型號進行選擇的時候，需盡量選用支撐掩護式的支架。

2.2 支架型號選擇的基本原則

其一，當煤層的傾角超過25度的時候，排頭支架應將防倒防滑裝置架設其中，將底調千斤頂設置在工作面的支架部位，而工作面中部位置的輸送機應當將防滑裝置加入其中。

其二，如果煤層是軟煤的情況，支架采高不允許超過2.5米。

其三，在煤層的厚度處于2.5-2.8米以上的情況，則要選用具有護幫裝置掩護式的支架亦或是支撐掩護式的支架。

其四，如果工作面的瓦斯涌出量較大，則要參考保安規(guī)程具體規(guī)定，將大通風面積支架作為首選[3]。

其五，對液壓支架使用的過程中，對于底板的比壓不應高于其容許比壓數(shù)值。而針對底板軟膠情況，可選擇使用具備抬底裝置支架亦或是選用掩護式的支架。

2.3 確定支架的基本參數(shù)

在選擇綜采工作面液壓支架型號的過程中會受到諸多因素影響，只有架型選擇合理，才能夠實現(xiàn)產(chǎn)量與效率提高的目標。

在確定支架支護強度的時候，可采取的計算方法有很多，以下將對比頂板結構分析與支架、圍巖相互作用關系數(shù)值模擬兩種方法，保證液壓支架支護強度選擇的合理化。以頂板結構分析為主的估算方法，主要是參考了支架和圍巖互相作用的關系，簡化工作面的受力。通過直接頂荷載倍數(shù)對基本頂?shù)妮d荷進行估算，在工作面周期來壓的情況下，載荷不會超出日常載荷兩倍[4]。參考此礦井的地質狀況，煤層上分層的工作面采高是2.6米，而頂板巖層容重的平均數(shù)值是每立方米25400N，所以支架支護的強度應當是0.54兆帕。支架、圍巖相互作用關系數(shù)值模擬的計算方法，在支架支護強度不大的情況下，頂板的下沉量會在支護強度增加的同時顯著下降，并且在滿足特定支護強度的時候支護強度會持續(xù)增加。具體而言，支架的支護強度與頂板下沉量的關系曲線當中會有拐點，也就被當成支架最佳支護的強度。為此，參考此礦井的實際地質狀況，即可利用FLAC數(shù)值計算軟件完成模擬。

2.4 支架結構形式分析

綜采液壓支架頂梁的型式一般有兩種，即整體頂梁、整體頂梁聯(lián)合伸縮梁[5]。前者的結構相對簡單且頂梁的厚度不大，在較大開采高度中具有一定的實用性。而后者防護性能理想，能夠全面防護支架前段破碎的頂板。結合此礦井的地質狀況，最終選擇后者的結構形式。

結束語：綜上所述，結合此煤礦的實際地質狀況，將煤層分層綜采架型選擇為支撐掩護式的液壓支架，且其支護強度確定成0.6兆帕，可與礦井實際生產(chǎn)需求相適應。除此之外，此架型綜合考慮了下分層綜采開采實際需求，一定程度上降低了投資量，且設備的實際利用率也顯著提高，為設備管理與備件組織工作的開展提供了必要幫助。由此證實，在選擇綜采工作面液壓支架架型的時候，有必要參考煤礦的實際地質條件，才能夠保證架型選擇與設計的合理性。

參考文獻

[1] 程可俊.煤礦綜采工作面液壓支架選型設計[J].內蒙古煤炭經(jīng)濟，2019（11）：151-152，156.

[2] 王達三.煤礦綜采工作面設備配套選型系統(tǒng)的設計[J].江西化工，2019（5）：137-139.

[3] 侯壯壯.龐龐塔煤礦綜采放頂煤工作面設備選型研究[J].山東煤炭科技，2018（12）：150-152.

[4] 辛亮.煤礦綜采工作面設備配套選型系統(tǒng)的設計[J].機械管理開發(fā)，2018，33（8）：20-21，207.

[5] 陸峰，王家偉.祁南煤礦714工作面液壓支架的選型設計[J].煤礦機械，2019，40（4）：149-151.