ZF12800/16/24巷道放頂煤液壓支架的研制和應用

趙連忠

（河北天擇重型機械有限公司，河北 邯鄲 056200）

1 引言

新疆煤炭生產企業已在實踐中應用和推廣了水平分層懸移支架放頂煤、偽傾斜柔性掩護支架等急傾斜煤層采煤方法，對8m以上和4m以下急斜煤層開采積累了許多成功的經驗。但是開采4～8m厚急傾斜煤層仍為難點，原因是采用偽傾斜柔性掩護支架采煤方法目前存在支架結構不完善、適應煤層厚度的變化能力差的問題。為此，新疆拜城縣峰峰煤焦化有限公司托克遜煤礦在急傾斜煤層采用水平分段液壓支架放頂煤采煤法進行試驗。我公司結合托克遜礦實際條件,研發了一種ZF12800/16/24型組合邁步式巷道放頂煤液壓支架，適用于煤層傾角60°～90°的急傾斜煤層的水平分層巷道放頂煤開采。

2 液壓支架的總體設計

2.1 托克遜礦地質條件

A9煤層：全井田可采，為井田主采煤層之一。煤層厚度在4.5～8.7m，平均厚度6.8m，煤層頂、底板均為粗砂巖。東部煤層產狀 345°～346°∠81°～86°，西部為 180°∠78°～84°，與 A11間距自西向東逐漸變小（15～21m）。該煤層總體上表現為中間薄、東西厚的特點。

2.2 工作面設備選型和煤層液壓支架選型設計原則

（1）急傾斜煤層水平分段工作面支架需要根據煤層厚度確定放頂煤支架數量，本工作面煤層厚度4～7m，選擇架寬1.25m的支架可以布置兩架放頂煤支架。

（2）需要設置拉移放頂煤支架的裝置，為此需要設計組合支架，即放頂煤支架為后架，在其前方應設置前架，前后支架之間用液壓缸連接，使前后架互為支點可以實現跟步式前移。

（3）工作面刮板輸送機安設在并列的2組支架間，機尾置于放頂煤支架尾梁下，用于運出放出的頂煤。

（4）支架的支護強度和工作阻力應滿足支撐急傾斜煤層礦山壓力的需要。

（5）支架的側護板應根據急傾斜煤層工作面條件，采用折疊式結構。

圖1 工作面設備布置圖

2.3 工作面支架支護強度計算

水平分段高度10m，開幫高度2.5m，放煤高度7.5m。根據放頂煤工作面實測結果統計，以煤層厚度與巖石容重的乘積表示工作面頂板壓力，即：P力＝knMγ式中，P力－工作面頂板壓力，kN/m2；k－安全系數，取 k=1.3；n－折算系數，據統計此折算系數在來壓期間n＝9.548M-0.79；M－開采區段高度，10m；γ－頂煤/巖容重，取 21kN/m3。

2.4 急傾斜液壓支架設計

根據支架選型原則和支護強度計算，結合托克遜礦煤層條件和生產條件和安全生產要求，在認真總結國內外綜采技術成果，分析研究各種液壓支架特點和煤礦使用經驗的基礎上，采用有限元方法對支架結構進行模擬試驗分析，確定支架合理參數，開發出適用于煤層傾角60°～90°的急傾斜煤層的水平分段放頂煤開采的ZF12800/16/24水平分段放頂煤支架。

（1）支架的主要特點

采用前后組合支架形式，前后支架間用液壓缸連接，4架為一組，包括2個前架和2個后架。其中后架為低位放頂煤支架，同時作為前架移動的支點，前架主要用于后架前方的頂板支護，并作為拉移放頂煤支架的支點。

前后架全部采用四柱支撐，具有支撐能力強的的優點，同時采用反四連桿機構可以承受外部水平推力。

兩組并列的支架底座之間的間距達660mm，可以根據產能需要鋪設SGB-620/40T或SGZ-630/150等型號的刮板輸送機，運輸能力大。

組合支架外側側護板采用折疊式結構，便于適應煤層厚度的變化。

這種組合支架整體穩定性好，支護和放煤效果好。支架結構較簡單，尺寸緊湊。選用了最簡單的標準液壓系統設計，降低了初期投資，保證支架達到良好的工作條件。具有穩定性好、整體性強、支護和放煤效果好的特點。該支架的研制成功，可以解決急傾斜4～8m煤層水平分段放頂煤采煤工藝的支護和放煤難題。

（2）支架結構組成

該巷道放頂煤支架按四架一組布置，前后部各左右對稱兩架，刮板輸送機布置于左右兩組支架之間，也可根據煤層厚度來調整支架數量或寬度。后部左右對稱兩架設有大尾梁放頂煤機構，前后支架用千斤頂連接，來實現移架其功能，配套刮板機為 SGB620（630）/40（150）刮板機（如圖 1）。

（3）支架主要技術參數

架型：四柱反四連桿組合邁步式放頂煤液壓支架；支架高度：1600～2400mm；支架寬度：3671～4090；支護強度：0.46MPa；支架工作阻力（P=39.8MPa）：12800kN；支架初撐力：10128kN；操作方式：本架；泵站壓力：31.5MPa。

3 實施效果

該采煤方法在試驗期內完全達到了試驗預期目的。試驗證明，該采煤方法具有安全性好、回采工效及工作面回采率高、工作環境好、職工勞動強度小、巷道掘進率低、經濟效益好等優點，是非常適合托克遜煤礦地質條件的一種采煤方法，達到了該煤層賦存條件下實現高效安全生產礦井的目標：（1）1870～1880A9煤層小階段放頂煤工作面實際產煤37250.27t（包括與1890A9工作面采空區隔離煤柱10878t）。（2）回采期間合計用工1975人，全員噸煤工效18.86t/人。（3）正常平均日產原煤761t/天，最高日產為1038t。（4）工作面回采率為85.6%。（5）降低了巷道掘進率，由原來巷道千噸掘進率40m左右降低到25m左右。（6）降低了原煤生產成本，由原來的80元/t降低到70元/t。（7）減輕了工人勞動強度，實現了安全生產。

4 結 語

根據該礦井煤層賦存條件，對A9煤層提出了水平分段輕型放頂煤液壓支架炮采放頂煤采煤方法。本采煤方法與傳統的采煤方法在工作面作業形式上有較大的區別，即“只放頂、不開幫”，或者可以理解為“事先全面開幫”。使用結果表明，工作面支護安全性好，機械化程度高，推進度快，回采率高，工人勞動強度小，效率較高。

急傾斜特厚煤層水平分段綜采放頂煤是急傾斜煤層開采方法改革的重要成果之一，它充分利用了急傾斜煤層傾角大、煤層易垮落、頂板穩固性相對較好的特點，利用了綜采放頂煤的優勢，形成了自己較為完整的礦壓控制及回采工藝的理論體系，真正實現了急傾斜煤層開采的高產高效，是急傾斜煤層采煤方法改革的一個里程碑。