西細莊礦1煤層簡易支架選型及改進研究

蔡世忠　范宗乾　王振剛

摘 要：西細莊煤礦煤層賦存復雜，綜采設備難以適應，選擇合理的支架是保證產量的關鍵。本文針對開灤集團西細莊礦1煤煤層厚度變化大、工作面不規則、頂板條件復雜、頻繁過斷層等特點，確定了簡易支架的類型，結合實際情況設計工作參數，改進支架的結構，探討了其應用效果，為復雜煤層條件簡易支架改進提供了技術保證。

關鍵詞：架型分析 支架改進 支護強度 工作阻力

中圖分類號：TD325 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0096-02

西細莊礦年產量為45萬噸，煤炭儲量較小，在開采1煤層時，由于1煤層工作面走向長度短，開采頻過斷層、煤層厚度變化大、斷層切割嚴重等因素，綜采設備難以適應[1]，因此，研究簡易支架選型及其適應性對西細莊礦具有重大意義。

1 地質概況

開采煤層1煤下厚上薄，下部煤層厚度2.4～2.5 m，為主采層。1煤上部為砂巖與泥巖互層，煤層頂板整體上屬于厚度較小的復合頂板結構，對煤層開采不利[2]。1煤層直接底板為泥巖，遇水軟化，難以控制其煤層柱狀圖如（圖1）所示。1煤層存在落差較大斷層并橫穿工作面，頂板偽頂難以控制，造成大采高開采，片幫嚴重，頂板局部冒頂嚴重，難以布置出走向合適的正規綜采工作面。

2 合理支架選型及改進

2.1 架型分析

（1）支架基本參數。

根據1煤地質情況、礦壓數據，結合支護強度、支護面積計算支架的基本參數為：

工作阻力：4800 kN，支架高度：1.6～3.2 m，支架寬度：1.43～1.60 m，支架強度：>0.72 MPa（在使用范圍內）。

（2）架型確定。

由于斷層切割，有可能導致老頂的剪切運動破壞類型，要求支架有阻抗老頂滑移運動的反作用力，要求支架采用支撐掩護式、帶前探梁、外套式伸縮前梁結構[3]，并配備適應過斷層需要的其它機構[4]，支架結構如（圖2）所示。

（3）面臨問題。

實際生產過程中工作面行人道管路多，難以整理，不能保證行人暢通；擋矸板、擋矸鞋與支架的連接裝置強度低，損壞嚴重；支架的前柱窩相對機采面而言無用，且梁的長度較短，和220刮板機配套后易造成端面距大，前排柱子靠擋煤板太近時，影響采煤機正常通過（采煤機接線室易碰到柱子，造成電纜的損壞）。

2.2 支架改進

針對支架實際問題對懸移頂梁型支架進行如下改進如圖3所示。

（1）支架梁長增加200 mm，全長改為3000 mm。

（2）前柱窩改為中柱窩，便于初壓時增設支柱，后柱窩距中柱窩300 mm。

（3）改變擋矸板和梁的連接裝置變雙孔連接為單孔連接且增大連接強度。同時縮小擋矸板寬度。

（4）改變擋矸鞋連接方式支柱下部用卡簧和擋矸鞋卡牢。

（5）改變高壓管路布置方式將管路布置在梁上，留足暢通的人行道。

2.3 改進后支架工作阻力及支護強度計算

試采工作面直接頂的厚度為8 m，老頂的厚度7.4 m，通過近兩個月的工作面的試采，老頂初次來壓步距為36～38 m，設計取40 m。

（1）支護強度。

老頂初次來壓時按老頂彎曲破壞計算支護強度[5]（老頂來壓時有切頂的危險）：

PT=0.76 MPa

（2）工作阻力確定。

RT=S*PT（架間距按0.9 m考慮）。

RT=2258 kN

式中：

A為直接頂的作用力；M為第一巖梁厚度；γ為容重；L為老頂初次來壓步距；Lk為支架控頂距離；S為支架的支護面積。

改進后的懸移支架能夠滿足老頂初次來壓時支護強度的要求。

3 工程實踐及展望

（1）現場應用。

采用所設計懸移支架成功實現了首采工作面1108及1123的安全回采，通過回采當中對支架工作狀況的監測，可以判定該支架適合西細莊1煤層頂板控制要求，達到預期的支護效果，實現了高產高效的目標。

（2）展望。

改進后支架在回采過程中顯示出優越的承載性能，良好的受力狀況，運行平穩、安全可靠。該支架的成功應用，為同類條件下礦區提高生產水平、提高安全生產水平打下良好的基礎，具有良好的發展前景。

參考文獻

[1] 劉兆明.中小煤礦高產高效模式[M].天津：天津科學技術出版社，2012.

[2] 錢明高.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2010，9：282-291.

[3] 史元偉.采煤工作面圍巖控制原理和技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.

[4] 岳文輝.大采高強力液壓支架的參數確定及結構設計[J].礦山壓力與頂板管理，2003（3）：72-75.

[5] 郭朋星，趙輝.大采高液壓支架選型及適應性分析[J].煤炭技術，2010，12：4-5.endprint