晋城3#煤采用6.8 m高度支架的可行性研究

范剑英，赵光明

(山西晋城煤业集团 金鼎公司，山西 晋城 048006)

晋城3#煤采用6.8 m高度支架的可行性研究

范剑英，赵光明

(山西晋城煤业集团 金鼎公司，山西 晋城 048006)

厚煤层一次采全高是一种经济合理的开采方法，液压支架作为综采工作面的核心设备，对井下煤炭开采有着举足轻重的影响，通过对现有的大采高支架特点和使用情况的研究，提出了研制使用更大采高液压支架的可行性，对煤层一次采全高高度增大进行了有益的探索。

液压支架；大采高；可行性分析

0 引言

晋城3#煤煤层厚度为4.4 m～8.86 m，目前使用6.2 m大采高支架，最大采煤高度6.0 m。超过6.0 m厚的煤无法开采，在局部煤层厚度超过6.0 m易出现丢顶丢底，造成资源浪费。在煤层松软地段，常出现支架接顶不实而造成冒顶事故。如果研制、使用适宜的支撑高度一次采全高液压支架，在煤层较厚时，最大采煤高度也随之增加，这样不但有利于局部厚煤层回收,实现煤炭资源的合理回收，而且可以有效支撑顶板,杜绝和减少冒顶事故，将会有可观的经济效益。

1 矿井相应的配套条件

(1) 支架下井经过巷道情况：大巷断面达到5 000 mm×3 500 mm。

(2) 现有支架搬运车搬运能力和搬运高度：支架搬运车载重量为50 t，高度距地面250 mm。

(3) 斜井提升能力：允许提升重量为60 t。

2 配套设备

(1) 采煤机情况：目前使用艾科夫SL500采煤机，采高为6 m。

(2) 刮板机情况：目前使用SGZ1000/3×855刮板机。

(3) 皮带机情况：目前使用DTL140/180带式输送机，带宽1.4 m，运输能力为1 800 t。

3 液压支架参数选择

液压支架参数选择原则是：①满足工作面支护要求；②能满足矿井现有提升、运输条件；③支架重量和单架成本变化不大。

3.1 支架工作阻力确定

据有关支护理论，改变支架的工作阻力并不能改变围岩应力分布，也就不能阻止围岩破坏。但大采高支架应具有足够支撑工作面上覆破裂岩层的能力，因此，大采高支架的合理工作阻力应首先按岩层自重法确定，有条件时可参考使用其他确定方法。同时随工作面加长，支架受载有增大趋势。根据神东榆家梁煤矿综采工作面矿压观测，在正常推进过程中，360 m长工作面比300 m长工作面支架立柱下腔压力值高出5 MPa左右。

首先按3#煤层大采高面矿压观测数据确定支架合理工作阻力。

(1) 该矿2306工作面矿压观测：初采期间矿压观测，支架实际工作阻力超过支架额定工作阻力(9 400 kN)的情况共监测到168次，只占全部监测数量的0.28%。共监测到7次老顶周期来压，平均周期来压步距18.2 m，平均动载系数1.38。回采期间矿压观测，安全阀开启率均未超过30%，这说明支架工作阻力设计值比较合理，能够满足使用要求。

(2) 4301大采高加长工作面初采矿压监测：4301工作面是该矿第一个300 m长工作面，工作面所采煤层煤厚平均6.3 m，煤层倾角为1°～14°，平均5°。老顶来压阶段支架来压强度与220 m工作面相近，来压步距比220 m长工作面较小。

(3) 4301工作面在老顶初次来压之前监测的20架支架平均工作阻力普遍在4 000 kN～6 000 kN，最大工作阻力多为6 000 kN～8 000 kN，少数支架工作阻力超过或接近12 000 kN。

因此，该矿大采高面支架工作阻力应是有富余的，此值是在平均采高6 m条件下测得的。而新工作面如果采高增加为6.8 m，此值将比现有采高时增加13%。

按实测矿压数据确定支架合理工作阻力应为12 000 kN。

接下来按岩重法确定液压支架合理工作阻力。采高6.8 m时工作阻力计算公式为：

P=MγAKD(KP-1)-1.

其中：P为支架工作阻力，kN；M为采高，取M=6.8 m；A为支护面积，A=8.9 m2;γ为岩石容重，γ=25.7 kN/m3；KP为岩石碎胀系数，KP=1.28；KD为岩石动载系数，KD=2。经计算得：P=11 108 kN。

总之3#煤层采高6.8 m时液压支架合理支护强度应大于1.25 MPa，支架合理工作阻力可选为12 000 kN。3.2 支架高度确定

根据煤层厚度分布情况和巷道运输允许高度，支架结构高度上限为6.8 m，下限为2.8 m。

3.3 支架宽度确定

随着支架宽度增加，支架重量会成比例增加。在保证工作阻力和支护强度的前提下，应减少支架重量，立柱缸径应为Φ420 mm，支架宽度应为1.75 m。

3.4 空顶距选择

当支架支撑高度达6.8 m时，若采煤机仰斜采煤，采煤机滚筒容易割顶梁；若采煤机前倾采煤则空顶距增加，容易发生冒顶。按采煤机向后摆动5°(摆动量567 mm)与支架不干涉考虑，梁端距可选为700 mm。3.5 护帮结构

采高加大后工作面矿压显现将明显加大，片帮和冒顶倾向加剧，使得顶板管理难度增加，所以采用伸缩梁加二级护帮机构,加大护板力。一级护帮力为原有6.2 m支架2倍，护帮板长度适当加长。

3.6 支架的稳定性

ZY12000/28/68D型液压支架，其特点及创新之处是宽度最小，只有1.75 m，是目前世界上6.8 m大采高液压支架宽度最小的。由于宽度小，因此减轻了支架重量，减小了支架的横向空间尺寸，能与1.75 m刮板输送机配套，使支架的适应性更广、运输更方便。但支架宽度突破性的减小使得其稳定性问题突出，防倒、防滑技术要求更高。

当煤层倾角在10°以内时，6.8 m采高时支架的倾倒是可控制的，重心在高点(3 700 mm)最大允许倾斜14°。当煤层倾角大于10°可适当降低采高，此外可通过以下措施保证支架稳定性：

(1) 优化四连杆机构参数，调整受力点；提高加工精度，减小连接销轴孔间隙和部件连接横向间隙。

(2) 优化结构设计，不但要保证支架强度可靠，同时要最大限度地提高结构刚度，减少支架承载后的变形和位移。

(3) 完善护帮装置，控制梁端距。控制片帮和前端冒顶是保证支架稳定性的重要基础。

(4) 提高工作面支护系统的稳定性。通过大量的计算分析，工作面顶板松动及冒落对支架稳定性的影响最大。顶板冒落使支架失去上部约束，对支架倾倒控制极为不利，因而防止支架倾倒首先应严格控制顶板冒落。

3.7 液压支架技术参数

ZY12000/28/68D型大采高液压支架的主要技术参数如下：

支架高度(m) 2.8～6.8；

中心距(mm) 1 750；

支护强度(MPa) 1.36～1.4；

支护工作阻力(kN) 12 000。

4 工作面布置

4.1 工作面参数

采高6.8 m，截深0.865 m，工作面长度300 m，年生产能力大于1 000万吨。

4.2 顺槽巷道规格及支护

胶带巷断面为矩形，净高4 500 m，净宽5 000 mm，锚喷支护。

轨道巷断面为矩形，净高4 500 mm，净宽5 000 mm，锚喷支护。巷道宽度不能过窄，否则容易出现采煤机机头卧底量不够问题。巷道过低三角煤损失大且影响采煤机通过，一般不应低于3.5 m高。

5 经济效益分析

采用以上配套设备，所需矿井巷道、提升运输设备和原有大采高工作面相同。采煤机使用改造型采煤机，支架搬运车等设备不需改变，成本投入变化不大。采高增加后，支架宽度不变，支护高度增加，重量和每架成本略有增加。整体投入和原先变化不大，支架对工作面煤层厚度变化适应性增加，资源回收率得到提高，具有可观的经济效益。

Feasibility Study on 6.8 m Height Bracket in A Coal Well in Jincheng

FAN Jian-ying, ZHAO Guang-ming

(Jincheng Anthracite Mining(Group) Kingding Mining and Machinery Co.，Ltd.， Jincheng 048006, China)

Full-seam mining is an economic and reasonable method for a thick coal seam mining, the hydraulic support is the core equipment in fully mechanized working face, has a significant impact on the underground coal mining. Based on the characteristics and service conditon of the existing large mining-height support, the feasibility of developing the larger mining-height suppotr is proposed, to increase the mining height of coal seam.

hydraulic support; large mining height; feasibility study

1672- 6413(2015)06- 0211- 02

2015- 01- 28；

2015- 08- 27

范剑英(1981-)，男，山西晋城人，工程师，本科，主要从事液压支架制造。

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