ZF9000/23/50型液壓支架在深部厚煤層綜放工作面開采中的研究與應用

周中平，曹士喜，李洪偉

（山東能源棗莊礦業(yè)集團，山東　棗莊　277000）

ZF9000/23/50型液壓支架在深部厚煤層綜放工作面開采中的研究與應用

周中平，曹士喜，李洪偉

（山東能源棗莊礦業(yè)集團，山東棗莊277000）

摘要：田陳煤礦北七采區(qū)煤層埋藏深、煤層厚，斷層發(fā)育，地壓顯現(xiàn)明顯，尤其工作面兩端頭犄角處的頂板破碎，管理困難。通過合理選擇支架架型，使深部綜放工作面頂板得到有效控制，實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

關鍵詞：深部厚煤層；綜放工作面；支架選型

1　工作面概況

3下7110工作面位于田陳礦北七采區(qū)中部，工作面煤層底板標高- 630— -740m，為深部開采；煤厚3.5—9.0m，平均6.5m，煤層中大部分含有一層0—0.5m厚的泥巖夾矸；掘進期間共揭露22條斷層，受此影響，局部煤體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。煤層直接頂為粉沙質(zhì)泥巖，厚0.1—4.0m，老頂為中細砂巖，厚66—100m，直接底為粉沙質(zhì)泥巖，厚約3.3m。采用綜采放頂煤工藝，全部跨落法管理頂板。

2　工作面液壓支架的選型

2.1架型的選擇

根據(jù)地質(zhì)條件，工作面支架必須滿足以下要求：液壓支架有較高的穩(wěn)定性和抗扭性能；煤層厚度大于2.5—2.8m時，頂板有側向推力，應使用支撐掩護式支架；便于提高回采率，能夠采放平等作業(yè)；能夠良好護好破碎頂煤，防止漏空；有良好的仰采、俯采性能；產(chǎn)生煤塵小并且保證足夠的通風斷面；能夠提供合理的行人空間、設備空間、以及后部運輸機的維修空間。

根據(jù)以上要求選定后四連桿型式的低位放頂煤液壓支架架型。

2.2工作阻力的確定

液壓支架工作阻力確定的基本條件：煤層厚度為3.5—9.0m，采煤高度3.1—3.5m，放煤最高高度5.5m，最大采深740m，煤的堅固性系數(shù)f=2.0。

（1）根據(jù)液壓支架支撐冒落帶頂板巖層和頂煤的重量，并平衡基本頂失穩(wěn)時對液壓支架的動載，計算液壓支架所需的支護強度：

q= Kd（q冒 + q頂）

式中：q —工作面液壓支架所需支護強度；

Kd — 基本頂失穩(wěn)時的動載系數(shù)，根據(jù)相鄰工作面礦壓觀測結果，取1.5；

q冒 — 冒落帶巖層自重應力，q冒=r頂·h，r頂 為頂板巖層體積力，取25KN·m-3；

h — 垮落頂板高度，據(jù)頂板性質(zhì)及相鄰已開采工作面垮落情況，取20.5m；

q頂 — 液壓支架上方頂煤自重應力，q頂=r煤·Md，r煤為頂煤體積力，取13.0KN·m-3；

Md — 頂煤最大厚度，取5.9m。

代入上式可得q=883.8KN·m-2。綜合理論計算和實際觀測數(shù)據(jù)，取液壓支架的額定支護強度應不低于900KN·m-2。

（2）由于MG400/930-WD采煤機和SGZ-830/800前部運輸機及電纜槽等配件的占有2150mm寬度；為便于清理支架底座與擋煤板間衛(wèi)生，加大與液壓支架距離到450mm；再加到底座箱后立柱長度，最終確定頂梁長度為5050mm；根據(jù)確定的支護強度和工作面配套尺寸，確定液壓支架合理工作阻力P：

P=q·B（Lk + Ld）/Ks

式中：P為支架工作阻力，KN；

q為支架所需的支護 強度，KN·m-2；

Lk為端面距，0.34m；

Ld為頂梁長度，5.050m；

B為支架寬度，1.5m；

Ks為液壓支架支撐效率，取0.98。

代入上式可得：7425KN。根據(jù)以上計算及國內(nèi)液壓支架的標準，取液壓支架額定工作阻力為9000KN。

2.3支撐高度的確定

（1）根據(jù)工作面煤層厚度，為增強頂煤的冒落性，加大采煤機割煤高度，適當增加采放比。擬定割煤高度為3.1— 3.5m。則支架的最大高度必須支撐起最大采高H max ：

H max = h max + a = 3.5+ 0.3= 3.8m

式中：h max— 最大割煤高度；

a — 考慮煤機割煤后，煤皮掉落后，支架仍有可靠初撐力所需要支撐高度的補償量，厚煤層取300mm；

（2）在煤層較薄區(qū)域，實現(xiàn)一次采全高，則支架必須能夠通過最低采高H min；

H min =h min-S2-b-c = 3.1-0.2-0.1-0.1= 2.7m

式中：h min — 最小割煤高度；

S2— 頂板最大下沉量，頂煤厚時取最大0.2m；

b— 支架卸載后，活柱伸縮余量，取80mm—100mm；

c — 支架頂梁存留的破碎煤塊或矸石厚度，取50mm—100mm；

（3）支架支撐高度確定在2.3—5.0m，能夠隨煤層的變化調(diào)整采高，有效的控制采放比，對于煤層較薄區(qū)域可實現(xiàn)的一次采全高。

根據(jù)以上各部分的分析總結，最終確定選用ZF9000/23/50型支撐掩護式低位放頂煤液壓支架。如下圖：

圖1　ZF9000/23/50型支架

3　ZF9000/23/50型液壓支架

3.1性能參數(shù)

支 護 高 度　2.3～5.0m　支 撐 寬 度　1.43～1.60m初　撐 力　7755KN　工 作 阻 力　9000KN支 護 強 度　0.41～2.33MPa　對 底 板 比 壓　1.16～1.18MPa

3.2結構特點

（1）工作阻力大，初撐力為7755KN，能夠有效地控制頂板下沉量，具有較強的穩(wěn)定性和抗扭性能；（2）支護空間大，有利于行人和綜機設備的運行，而且為后部運輸機的維修提供了合理空間；（3）前梁和后尾梁帶有自動噴霧，有效的降低工作面煤塵；（4）后尾梁帶有插板，能有效的粉碎大塊煤矸，擋矸效果好；（5）前端帶有提架裝置，移支時，有效的防止擁煤；（6）前梁設有伸縮梁，能在煤機割煤后，及時護頂；（7）帶有兩級護幫板，在煤壁片幫嚴重時，能有效的護幫；（8）后側安有特殊管路連接裝置，有效解決管路拆卸難的問題；（9）帶有側護裝置，能有效的護好破碎頂板，而且在支架歪斜時，擁有一定的扶正功能；

3.3使用中存在問題及采取措施

（1）支架側護板伸縮量為70mm，較ZF7000支架減少了50mm，在支架歪斜較大時，側護板的作用被明顯削弱，同時支架的架間可控空隙減少，給調(diào)整液壓支架帶來困難。處理措施：在調(diào)采時，及時配合底調(diào)千斤頂或單體調(diào)整液壓支架歪斜；（2）支架推拉板在位槽內(nèi)較為限制，與左右腳丫把、十字梁間隙小，在工作面俯采變仰采時，容易造成支架底座箱壓推拉板。處理措施：工作面在剎底、飄底時，嚴格把握，平緩過渡，嚴禁剎底、飄底幅度過大；（3）該型支架有兩級護幫板，全部收回時，距頂板約厚0.56—0.58m，在工作面仰采和過斷層降低采高時，采煤機挑頂困難。處理措施：在仰采時盡量減小仰角，在遇斷層降低采高時，不拉滿行程，用伸縮梁配合護幫板支護；（4）工作面?zhèn)蝺A斜布置，整體平均傾斜12°，頂板有淋水，支架未安設防倒防滑設施，對支架的穩(wěn)定性帶來影響。處理措施：盡可能的保證兩頭平緩，穩(wěn)定住兩頭支架，傾斜段適當降低采高增加支架的穩(wěn)定性。

4　結論

ZF9000/23/50型液壓支架在3下7110綜放工作面開采過程中，相比以往支架，增強了頂板支護強度及效果，提高了煤炭資源回收率，工作面單產(chǎn)達到15萬噸以上，實現(xiàn)了安全高效開采。為深部厚煤層工作面的開采設計積累了經(jīng)驗，具有較為廣泛的推廣應用價值。

作者簡介：周中平（1980-），男，助理工程師，工學學士，現(xiàn)從事煤炭生產(chǎn)技術管理工作。