莒山煤礦3號煤層綜放工作面液壓支架選型

韓康康

(山西蘭花集團 莒山煤礦有限公司， 山西 晉城 048027)

0 引言

液壓支架是一種維護頂板、承壓底板、維護工作面作業空間的重要空間結構物，是重要的綜采技術裝備，對保證工作面安全開采具有重要意義[1-3]。隨著開采技術的不斷發展，綜采工作面液壓支架也得到全面發展。針對不同的地質采礦條件，國內許多院校和科研機構研制出不同型號的液壓支架，為不同采高、不同工藝的綜采工作面開采提供技術支撐[4]。為滿足莒山煤礦3號煤層安全開采要求，以f3101工作面為工程背景，分析了液壓支架的關鍵技術參數，確定了支架型號，為工作面支架的選型提供參考。

1 工作面概況

f3101工作面為1采區首采工作面，所采的3號煤層位于山西組下部，煤層厚5.50～8.15 m，平均厚6.18 m，煤層結構簡單，含0～2層矸石。該煤層穩定可采，煤層頂板以泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、細粒砂巖為主，局部發育薄層泥巖偽頂，底板巖性為泥巖、砂質泥巖。工作面設計長度150 m，推進長度1 200 m，采用綜放工藝回采，其中采2.0～2.5 m，放3.50～5.65 m，端頭不放煤。

2 液壓支架主要技術參數與選型分析

2.1 架型分析

目前國內外液壓支架已形成以兩柱掩護式和四柱支撐掩護式為主的主體架型。其中，兩柱掩護式支架對頂板適應性強，主要用于薄及中厚煤層一次采全高回采工作面中；而四柱支撐掩護式支架因結構穩定,主要用于厚煤層放頂煤工作面中。莒山煤礦3號煤層屬于厚煤層，采用放頂煤工藝回采，結合以往的應用實踐，工作面液壓支架確定為四柱支撐掩護式。

2.2 支護高度分析

工作面液壓支架支護高度應滿足煤層厚度變化范圍內全部開采要求，即保證煤層最薄及最厚區域全部回采。一般而言，支架支護高度與煤層厚度滿足如下關系[5]：

Hmax≥Mmax+0.2

(1)

Hmin≤Mmin-0.2

(2)

式中:Hmax、Hmin分別為支架最大、最小高度，m；Mmax、Mmin分別為工作面最大、最小采高，m。

按3號煤層工作面最大厚度Mmax為2.5 m，最小厚度Mmin為2.0 m，將各參數代入式(1)及式(2)，得到支架最大高度Hmax=2.7 m，最小支護高度為Hmin=1.8 m。

考慮到綜放工作面液壓支架與采煤機、刮板機的配套情況及支架結構特征，確定支架最大支護高度為2.8 m，最小支護高度為1.7 m。

2.3 支護強度分析

綜放工作面液壓支架支護強度按下式計算：

qn=9.768KM0.21γ

(3)

式中：qn為支護強度，MPa；K為備用系數，1.7；M為煤層最大高度，取8.15 m；γ為頂板巖石容重，取25 kN/m3。

代入各參數，得到支架的支護強度為0.64 MPa。

支架工作阻力按下式計算：

FS=PS×SC×BC/KS

(4)

式中：FS為支架工作阻力；PS為額定支護強度；SC為支架中心距，取1.5 m；BC為支架最大控頂距，取4.5；KS為液壓支架的支撐效率，取0.90。

代入上述參數得到FS=4 800 kN。

2.4 支架選型

根據上述分析，確定莒山煤礦f3101工作面液壓支架選用ZF4800/17/28型四柱支撐掩護式液壓支架，主要技術參數如下：

支架高度/m

1.7～2.8

支架工作阻力/kN

4 800(41.3 MPa)

支架初撐力/kN

3 660(31.5 MPa)

立柱內徑/mm

φ260

支護強度/mm

0.64～0.71

支架中心距/mm

1 500

支架控制方式

手動控制

3 應用效果分析

ZF4800/17/28支架已用于f3101綜放工作面回采，目前工作面已經推進一半，回采期間工作面支架立柱應力曲線如圖1所示。由圖1可知,回采期間支架應力主要集中于20～35 MPa，來壓期間立柱最大應力均超過41.3 MPa(安全閥開啟壓力)，此外回采期間未出現頂板應力過大而壓死支架的現象。由此表明,ZF4800/17/28型液壓支架支護強度設計合理，可滿足工作面安全生產要求。

圖1 工作面支架應力曲線

4 結論

本文結合莒山煤礦f3101綜放工作面實際煤層賦存條件及開采技術條件，研究了工作面支架主要技術參數，確定了支架型號，并進行了工程實踐，設計合理,可滿足工作面安全生產的要求。