樹兒里煤業(yè)8204 工作面開采方式及液壓支架選型設(shè)計(jì)

仝志國

（大同煤礦集團(tuán)同生樹兒里煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

1 工程概況

大同煤礦集團(tuán)樹兒里煤業(yè)8204 工作面可采走向長300 m，傾斜長度171 m，煤層埋藏深度198～212 m。工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層最大厚度12.1 m，最小10.3 m，平均11.2 m，煤層傾角6.35°～5.73°，平均6.04°，有3 層夾石，厚0.47～0.8 m。

在掘進(jìn)過程中共揭露了正斷層7 條。其中2204巷揭露2 條正斷層，落差在1.2～2.0 m；5204 巷揭露4 條正斷層，落差在0.5～1.4 m 之間；8204 切巷揭露1 條正斷層，落差在1.3 m。工作面位于3#煤層，上距73 m 左右為4-2#煤層。

2 采煤方法選取

2.1 采煤方法

根據(jù)樹兒里煤業(yè)3#煤層賦存特征、厚度、結(jié)構(gòu)以及頂?shù)装鍘r性等綜合因素，確定8204 工作面采用單一走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤開采工藝[1]，采用全部垮落法管理頂板。

2.2 工作面開采參數(shù)

（1）工作面長度。根據(jù)302 盤區(qū)布置狀況考慮，確定8204 工作面傾向長度為165 m；距南部302-1巷留設(shè)50 m 保護(hù)煤柱，確定8204 工作面可采走向長度300 m。

（2）采高。8204 工作面采用MG400/940/WD型交流電牽引采煤機(jī)落煤裝煤，ZF8400/20.5/38 型放頂煤液壓支架支護(hù)頂板，工作面采高為3.3 m。

（3）截深。8204 工作面采用MG400/940/WD型交流電牽引采煤機(jī)，配套使用ZF8400/20.5/38 型放頂煤液壓支架，支架推移千斤行程為0.9 m，因此確定截深0.8 m。

（4）采放比。8204 工作面可采煤層平均厚度為11.2 m，設(shè)計(jì)采高為3.3 m，放煤厚度為7.9 m，采放比1:2.39。

（5）綜放工作面放煤步距及停采前頂煤留設(shè)距離。采煤機(jī)截深為0.8 m，則采用一刀一放回采比較合理，放煤步距為0.8 m，直到采至工作面停采線前20 m。工作面初采期間，頂煤不易垮落，或頂煤回收率低，前15 m 不放煤，初期放頂煤方式采用多輪間隔折返放煤，等工作面頂板初次來壓后，按一刀一放雙輪間隔折返放煤的正規(guī)循環(huán)進(jìn)行作業(yè)；停采線前20 m 到停采線，只割煤不放煤。

（6）煤柱留設(shè)。8204 工作面停采線至302-1巷之間留設(shè)50 m 煤柱，北、東為實(shí)煤。

2.3 回采工藝

2.3.1 綜采放頂煤開采工藝主要工序

綜采放頂煤開采工藝工序：采煤機(jī)斜切進(jìn)刀→割煤→移架→推前溜→放頂煤→拉后溜。雙向割煤法，一刀一放回采工藝；采煤機(jī)截割及放頂煤采出的煤經(jīng)工作面前、后刮板運(yùn)輸機(jī)，順槽轉(zhuǎn)載機(jī)，順槽可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)，經(jīng)302 巷、膠帶大巷、主斜井煤倉，由主斜井皮帶運(yùn)至地面；工作面采用自然垮落法管理頂板。

2.3.2 放頂煤

（1）初次放頂煤

初次放頂煤范圍為第4#～112#支架，初次放頂煤方式為多輪間隔折返放煤，間隔長度為1 個支架。

（2）正常放頂煤

初次放頂煤后，進(jìn)入正常循環(huán)放煤。正常循環(huán)放煤范圍為第4#～112#支架；工作面與兩順槽垂直時，第4#～109#支架。正常放頂煤方式：雙輪間隔折返放煤，間隔長度為1 個支架。工作面采用每循環(huán)割一刀煤放一茬頂煤的作業(yè)方式，循環(huán)進(jìn)度0.8 m，兩放煤工相距10 架實(shí)行偶數(shù)架和奇數(shù)架同時放煤。放煤滯后采煤機(jī)后滾筒15 m，放煤工不得一次將尾梁收回至最大角度，且放煤過程中要互相配合，控制煤量。放頂煤示意圖如圖1。

圖1 放頂煤示意圖

2.4 停采工藝及要求

當(dāng)工作面采至距停采線30 m時，將工作面調(diào)直、調(diào)正，做到三直兩平兩暢通。根據(jù)支架類型確定鋪網(wǎng)距離為16 m，鋪網(wǎng)采用8#鉛絲編制的菱形網(wǎng)，規(guī)格6.0 m×1.75 m，網(wǎng)格50 mm×50 mm。

鋪網(wǎng)工藝流程：（1）鋪網(wǎng)前，必須將工作面頭尾采齊，工作面保證“三直兩平兩暢通”，采高3.3 m。工作面在采位284 m 時，停止放頂煤，工作面開始鋪菱形金屬網(wǎng)，在采位284～300 m 鋪設(shè)雙層菱形金屬網(wǎng)，菱形金屬網(wǎng)平行于工作面鋪設(shè)，網(wǎng)與網(wǎng)搭接處布置在支架中心線上并與兩順槽預(yù)先鋪設(shè)的網(wǎng)片連接起來。（2）開始鋪網(wǎng)時，把金屬網(wǎng)展開按一定順序用連網(wǎng)絲連接好，平行于工作面鋪設(shè)，然后把連好的網(wǎng)放到支架前探梁上，通過升降支架前探梁將金屬網(wǎng)壓住。每次所降支護(hù)前探梁不得超過兩架，即在所降支護(hù)前探梁壓網(wǎng)升緊后，方可降后兩架支護(hù)前探梁進(jìn)行再壓網(wǎng)施工。（3）鋪網(wǎng)時，網(wǎng)與網(wǎng)搭接長度為200 mm，連網(wǎng)用雙股14#鉛絲，每200 mm 連接一處。

3 液壓支架選型設(shè)計(jì)[2]

3.1 液壓支架工作阻力驗(yàn)算

8204 綜采工作面切巷斜長度為171 m，采平長度165 m，選用的液壓支架分三種：端頭支架、過渡支架、中間架。

端頭支架1 架，型號為ZFT20000/22/35，初撐力15 517 kN，工作阻力20 000 kN，最大支撐高度為3500 mm，長度為12 724 mm，寬度為3040 mm。

過渡支架6 架。頭3 架過渡支架型號為ZFG10000/23/36，初撐力為7755 kN，工作阻力為10 000 kN，最大支撐高度3600 mm，長度為7200 mm，寬度為1530～1700 mm。尾3 架過渡支架型號為ZFG8400/23/37，初撐力為6180 kN，工作阻力為8400 kN，最大支撐高度3700 mm，長度為7000 mm，寬度為1530 mm。

中 間 架109 架， 采 平 為106 架， 型 號 為ZF8400/20.5/38，初撐力為6104～6207 kN，工作阻力為8400 kN，最大支撐高度為3800 mm，長度為7600 mm，寬度為1420/1590 mm。

3.2 支架支護(hù)強(qiáng)度、工作阻力計(jì)算

3.2.1 根據(jù)斷裂角確定放頂煤支架支護(hù)強(qiáng)度

式中：H為有影響巖層厚度，m；h1為頂煤厚度，m；L為有效空頂距，取5.27 m；α為頂煤斷裂角，取70°；θ為頂板斷裂角，取60°；r1為頂煤容重，取14 kN/m3；r2為頂板巖石容重，取25 kN/m3；qz為支架動載支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；k為動載備用系數(shù)，取1.3。

3.2.2 綜放工作面支架阻力

（1）根據(jù)斷裂角確定支架工作阻力

式中：P1為支架工作阻力，kN；qz為支架動載支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；Lk為端面距，取0.34 m；Ld為頂梁長度，取4.93 m；B為支架中心距，取1.503 m；ηs為支架支護(hù)效率，取75%。

（2）放頂煤現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算定支架工作阻力

式中：P2為工作阻力，kN；h為煤層埋深，取194 m；f為煤的硬度系數(shù)，取3；Md為頂煤厚度，取7.9 m；k為安全系數(shù)，取1.35。

（3）巖石容重法公式計(jì)算放頂煤支架工作阻力

式中：qz為支架動載支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；Kd為動載系數(shù)，取1.6；M為一次采厚，取10.08 m；Kp為冒落矸石碎脹系數(shù)，取1.5；γ為頂板巖石容重，取26.75 kN/m3。

式中：P為支架工作阻力，kN；LK為端面距，取0.34 m；LD為頂梁長度，取4.93 m；B為支架寬度，取1.5 m。

取計(jì)算結(jié)果的80%：P×0.8=6814×0.8=5451 kN。經(jīng)計(jì)算，取5451 kN 為最大值，作為綜放工作面最大工作阻力。

3.3 支架的選擇

通過以上計(jì)算，8204 綜放工作面確定設(shè)計(jì)選用ZF8400/20.5/38 型放頂煤液壓支架，支架支撐高度為2.05～3.8 m，工作阻力8400 kN，支護(hù)強(qiáng)度0.97～0.98 MPa。與中部支架相適應(yīng)，選擇ZFG10000/23/36型、ZFG8400/23/37 型放頂煤過渡液壓支架和ZFT20000/22/35 型端頭支架，滿足控制頂板需要。

4 結(jié)語

ZF8400/20.5/38 型放頂煤液壓支架在8204 綜放工作面投入使用后，除個別拉后溜方軸發(fā)生斷裂問題外，未發(fā)生任何問題，液壓支架選型效果理想。8204 綜放工作面從2021 年8 月開始試生產(chǎn)，當(dāng)前日產(chǎn)原煤23 077 t，采煤水平較高。樹兒里煤業(yè)8204 工作面開采方式及液壓支架選型設(shè)計(jì)較為合理，為實(shí)現(xiàn)8204 工作面安全高產(chǎn)高效開采奠定了基礎(chǔ)。