厚煤層綜采工作面大采高支架選型及應用

辛銀春

(山西寧武大運華盛莊旺煤業有限公司，山西 忻州 034000)

1 引言

華盛莊旺煤礦煤層厚度較大，采煤方法或設備選型不當造成了煤炭資源的嚴重損失，因此，必須對厚煤層綜采工作面大采高支架進行合理的選型。本文在保證工作面液壓支架的穩定性和可靠性的前提下，根據支護強度的要求，對液壓支架進行選型，并進行了現場應用，為華盛莊旺煤礦在厚煤層綜采工作面大采高條件下提高頂煤回收率提供了科學的依據。

2 工作面概況

20103 綜采工作面位于井田東南部，東部邊界與南溝煤業有限公司相鄰。井田邊界均留有保安煤柱20m且均未開采，該工作面北部是蹬空區（5#層的50204采空區），南部是20102采空區，在工作面的西部是三條采區大巷：201采區軌道巷、201采區運輸巷、201采區回風巷。該工作面現主采2#煤層，厚度為2.3～5.4m，屬厚煤層，煤層沉積較穩定，煤層傾角較平緩，賦存穩定，頂板為深灰色細砂巖，底板為黑色泥巖或灰色砂質泥巖。因受斷裂構造影響，局部煤層松軟破碎，厚度有一定變化。

3 支架選型

3.1 支護強度計算

3.1.1 自重法計算支架支護強度

式中：

P-支護強度，MPa；

m-最大采高，2#煤取5.2m；

γ-頂板巖石容重，取2.6t/m3=2600kg/m3=26kN/m3。

P=(6～8)mγ=0.81～1.08(MPa)

根據實測數據計算支架的支護強度應為1.08MPa。

3.1.2 按估算法確定支架支護強度

支架支護強度按下式計算：

式中：

p-支架支護強度，kN/m2；

Kd-動載系數，取1.5；

r-上覆巖層容重，2.6t/m3；

h-最大控制距離，m；

h=M/δ-1=5.2/1.25-1=20.8m

式中：

M-2#煤層最大采高，取5.2m；

δ-巖石初期碎脹系數，1.25。

p=1.5×20.8×26=811.2kN/m3

根據估算法計算支架支護強度為0.81MPa。

3.1.3 按工作阻力驗算支架支護強度

式中：

ρ-上覆基巖的容重，取2.6t/m3；

M-2#煤層最大采高，取5.2m；

L-支架支撐長度，m；

B-支架支撐寬度，m。

P=(6～8)×5.2×2600×4.630×1.75×9.8/1000

=(6441.2～8588.3)kN

3.2 支架選擇

通過上述三種方法計算，設計選用鄭州煤礦機械集團股份有限公司生產的中間支架ZY12000/28/62型低位液壓支架，過渡液壓支架ZYG12000/28/62。端頭液壓支架ZT14200/27/45，排頭液壓支架ZYT12000/24/50滿足工作面支護技術要求。支架具體參數如表1所示。

表1 液壓支架主要技術參數

4 工作面生產能力

4.1 工作面長度的影響

圖1為支承壓力影響范圍隨工作面長度的變化曲線。可以看出，當工作面長度為150m時，支承壓力的最大影響范圍超前工作面煤壁27m；當工作面長度為200m、250m、300m和350m時，最大影響范圍分別為32m、36m、42m和45m。隨著工作面長度的加大，工作面前方支承壓力峰值相應增加，增加工作面長度有利于支承壓力對頂煤的破碎。

4.2 綜采工藝實測結果

綜采工藝試驗先后進行了一采一放單輪順序放煤、兩采一放單輪順序放煤和兩采一放雙輪順序放煤三種放煤工藝試驗。原煤產量依據電子秤讀數計量。

采用一采一放單輪順序放煤工藝，放煤混矸率為24.4%，工作面回采率為81%；采用兩采一放單輪順序放煤工藝，放煤混矸率為18.17%，回采率為83%；采用兩采一放雙輪順序放煤，放煤混矸率為11.56%，工作面回采率為89%。

5 結論

本文依據支護強度的要求，對液壓支架進行選型，并進行了現場應用，取得了顯著的經濟和社會效益，對具有相似條件的煤礦也具有一定的參考價值和意義，具有廣闊的應用前景。