特厚煤层综采放顶煤液压支架的选型与技术研究

任武军

摘要：综采放顶煤工作面顶板的支护和管理是关系安全生产的主要因素，而实现综采工作面顶、底板支护的唯一设备就是液压支架。液压支架合理选型是综采成功的重要保证，是工作面实现高产高效的关键设备。

【关键词】 放顶煤 综采 采煤工艺 液压支架

中图分类号：C35文献标识码： A

综放开采不仅是不稳定厚煤层开采的一种有效方法，也是实现高产高效矿井建设的有效途径，为综采放顶煤开采技术的可持续发展奠定了基础。综采放顶煤工艺支架选型合适，设备科学配套，工艺参数和劳动组织优化，可提高工作面的产量。综采放顶煤巷道掘进率低，巷道维护环境也有所改善。能明显缓解综采采掘衔接紧张的状况。工作面搬家次数相对减少，可提高综采成套设备的有效使用率和单套设备的年产量，井下工效率和工作面效率等都有明显提高，能源动力消耗少。综采放顶煤适合开采条件复杂、煤层厚度变化大、顶底板不平、断层较多、工作面较短、地带三角区等条件下采用。综采放顶煤开采是一种安全高产、低耗高效的采煤方法。

1 综采放顶煤基本特点及类型

1.1 综采放顶煤采煤法的基本特点

放顶煤采煤法就是在厚煤层中，沿煤层（或分段）底部布置一个采高2-3米的长壁工作面，用综合机械化采煤工艺进行回采，利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法使支架上方的放顶煤破碎成散体后由支架后方（或上方）放出，并予以回收的一种采煤方法。综合机械化放顶煤工作面采煤工艺过程为：在煤层（或分段）底部布置的综采工作面中，采煤机割煤后，液压支架及时支护并移至新的位置，随后将工作面前部刮板输送机推移至煤壁。操作后部刮板输送机千斤顶，将候补刮板输送机前移至相应位置。采煤机割过1-3刀后，按规定的放煤工艺要求，打开放煤窗口，放出已松散的煤炭，待放出的煤炭中含矸量超过一定限度后，及时关闭放煤口。完成采放全部工序为一个放顶煤开采工艺循环。

1.2 基本类型

根据厚煤层的赋存条件不同，放顶煤长壁采煤法可分为以下两种主要类型。

一次采全厚放顶煤开采。沿煤层底板布置一个放顶煤开采长壁工作面一次放出顶煤全厚。高产、高效综放工作面的最佳开采厚度为6—10m。是我国目前使用的主要方法。其优点是：回采巷道掘进量及维护量少；工作面设备少；采区运输、通风系统简单；生产集中。缺点是煤质较软时，工作面运输平巷及回风巷维护较困难。

预采顶分层网下放顶煤开采。沿煤层顶板布置一个普通长壁工作面，进行铺网预采分层，待顶板垮落后沿煤层底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的煤在网下放出。这种方法适用于厚度大于12m，直接顶坚硬或煤层瓦斯含量高，需要预先排放瓦斯的缓斜煤层。其优点是由于顶层铺设金属网，可以减少放煤的含矸量。其确定是开采顶分层后一般矿山压力减弱，不利于顶煤的破碎，常有大块煤需要人工预裂。这种方法在兖州矿务局的鲍店煤矿、徐州三河尖矿等得到应用，取得了良好的效果。

2 综采放顶煤工艺

综采放顶煤工作面输送数量可分为单输送机和双输送机放顶煤种，按液压支架上的放煤口位置可分为高位、中位和低位放顶煤三种。

双输送机放顶煤的工艺过程是采煤机以前部输送机为导轨，首先沿底板割煤，前部输送机运煤，随着支架的前移。顶煤冒落，达到规定放煤步距后，打开液压支架放煤窗口，将冒落的顶煤放入后部输送机运走。

采煤机割煤、移架、移前部输送机放顶煤工作面内有两条运煤路线，工作面采煤机割煤、移架、移前部输送机及出煤方式与普通的综采相同。

移后部输送机移架（或移前部输送机）后，后部输送机随着支架前移。在操作过程中应注意中部槽的连接部位，一面发生错槽等事故。

放顶煤初采支架推出切眼，顶煤一冒落就开始放煤。放顶煤前要把支架排成直线，自顺槽一端向另一端依次放煤，视情况可依次一架或同次放两架。也可割煤、放煤实行平行作业，即沿工作面全长一分为二，实行前半部放煤，后半部割煤，后前半部割煤，后半部放煤。在放煤口出现较多矸石时（控制在10%左右），及时停止放煤。如遇大块煤堵塞放煤窗口，要反复升降放煤板处理。顶煤较硬，不能及时垮落的，应预先注液软化。

单输送机放顶煤工艺与双输送机放顶煤工艺相同。其特点是设备占用少，机头移动简单，端头易于维护，减少了后输送机的管理和操作程序。但顶煤松软，较厚时，容易产生架上、架前冒空，煤尘也很难控制。

3 提高综采放顶煤开采回收率的措施

3.1 适度加大工作面几何尺寸

可以根据地质条件、设备配备、人员素质的情况，适当加大工作面尺寸，可相对减少初采、末采及端头煤炭损失率，以提高工作面的采出率。

3.2 科学选择放煤步距和放煤工艺

放煤步距要按照煤层厚度、放煤口几何尺寸及排矸能力确定，在煤层较厚、放煤口较大时，放煤步距要相应加大，反之要适当缩小。选煤系统若是洗选加工、排矸能力较大，可适当缩小放煤步距，可提高回收率，又不至于影响煤质。

3.3 扩大端头放煤范围

在现有的条件下，研制有效的端头支架，完善支架配套，实施端头全部放煤。如端头支架尾部设有能摆动的放煤插板，可使工作面煤炭采出率提高5%—6%。

4液压支架选型依据

笔者认为，在采煤企业中合理的液压支架选型是实现采煤工作面安全高效生产的保证。多年来，笔者根据工作实践得知，液压支架架型的选择虽然主要取决于顶板条件，但还应根据其它地质条件结合各类支架的不同性能和特点，在生产中加以选择一种较为合理的架型设计则是更为理想的。现在笔者就对这方面总结下看法。

4.1取决于煤层厚度。根据我国煤层赋存的特点厚度超过、顶板有侧向推力或水平推力时应选用抗扭能力强的支架一般不宜用支撑式支架。根据煤层的不同硬度厚度达到以上时需要选择带有护帮装置的掩护式和支撑掩护式支架。煤层厚度变化大时应选择调高范围较大的掩护式或双伸缩支柱的支架。

4.2除此之外，还有煤矿里瓦斯的含量多少。在这方面笔者建议对瓦斯涌出量大的工作面应符合煤矿安全规程的要求并优先选用通风断面较大的支撑式和支撑掩护式支架。再比如说底板的强度。这主要是应使支架对底板的裁荷集度不超过底板的允许抗压入强度。

5液压支架选型方法

多年来，我国的一些采煤企业主要走的是较为传统的选型方法，那就是分析比较法，它是根据决定支架整体及各部件类型的主要因素列出可能选择的几种形式。进行比较以决定最适用的形式及其参数在选择时也应考虑次要因素的作用。近代发展的专家评分法就是综合考虑各因素的影响程度，并采用专家评分法对各因素的适应性及重要性做出评价。在这里笔者总结两个方法，以供大家参考使用。

5.1第一个方法是系统分析比较法。这种方法就是对要选择的多种方案的各个属性、部分、方面分别研究比较决定的方法。在实际生产中根据矿山地质条件来分析、比较及决定支架各部分的类型及参数。其选型原则为主要根据直接顶等因素确定支架的额定工作阻力、初撑力、几何形状、立柱数量及位置、移架方式、顶板覆盖率。

5.2第二个方法是综合评分法。根据专家研究认为支架选型可采用下述综合评分法。支架选型要素及评价。已知开采地质、技术条件进行支架选型时必须考虑各种支架对围岩的适应性及力学特性。支架选型时必须优先考虑的要素有直接顶类别、老顶级别等。它可以反映支架对围岩的适应能力、支架的力学特性和工作特性。根据上述要素和评价可初步进行支架选型。

6结语

总之，煤综放开采是不稳定厚煤层开采的一种有效方法。目前，厚煤层放顶煤开采技术已经成熟，并在我国得到了迅速的发展和推广应用。在未来的很长一段时间内，综采放顶煤开采技术凭借高安全性、增产增效的绝对优势，会成为我国厚煤层开采技术的“领航者”。但是我国地大物博，无论是厚煤层开采条件还是埋藏条件都具有多样性，这就决定了综合开采技术具有层次性的特点，不可能用单一的方法来处理所有问题；也不可能把综放开采技术应用到所有的煤矿开采中。不管是新建矿井还是老矿井，在进行设计和改造时，都应该根据煤矿的实际开采情况，设计与之相适应的矿井模式。

参考文献：

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[2]杨金尧.放顶燥开采的合理选择[J].煤炭技术，2009（5）.

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