大倾角特厚煤层综放工作面液压支架选型设计

2018-08-26闫建军

机械管理开发 2018年8期

闫建军

（山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤有限公司，山西临汾 042105）

引言

在三机选型方面，液压支架是选型的重点，而影响液压支架选型的因素有很多，最重要的是地质因素和开采技术因素。地质因素包括：顶底板岩性、煤层厚度及倾角和煤层赋存状况等。其中煤层倾角的影响较大，因为当煤层倾角大于25°时，工作面垮落矸石会向下形成不均匀充填特征，加之底板也会出现破坏滑移，共同作用引起工作面支护系统失稳；而且当倾角大于35°时，工作面各设备都会有不同程度的滑移，特别是液压支架极易发生下滑和倾倒状况。因此对于大倾角煤层走向长壁工作面而言，液压支架的选型与设计是“三机”配套的重中之重[1]。

1 工程背景

某矿为大型现代化机械矿井，矿井位于宁武县城西，生产能力为1.2Mt/年，井田内主要可采煤层为2号、5号两层煤，煤层平均角度为25°以上，局部地区达30°以上。本文针对5号煤进行支架选型，5号煤层厚度为8.46～16.84m，平均为13.78m，顶板多为细—中粒砂岩，局部为粗粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩和泥岩，底板多为砂质泥岩、泥岩和细粒砂岩，局部为粉砂岩，属坚硬顶板条件下的倾斜-缓倾斜煤层。根据设计所确定的采煤方法，5号煤采用综合机械化放顶煤开采。

2 工作面基本液压支架选型设计

2.1 基本液压支架形式的确定

该矿5号煤层采用走向长壁综采放顶煤开采采煤方法，煤层倾角为25°，煤层硬度系数0.8，煤层裂隙发育程度2类。根据工作面条件，液压支架应选用支撑掩护式架型，放煤方式适于选用低位放煤，工作面基本架选用正四连杆式，过渡架选用反四连杆式。

2.2 基本液压支架高度的确定

2.2.1 支架最大高度

式中：HZmax为支架最大支护高度，mm；

2.2.2 支架最小高度

式中：HZmin为工作面最小支护高度，mm；Mmin为工作面最小采高；S2为顶板下沉量，200mm；g为顶梁上、底座下的浮矸厚度，取50mm；e为移架时支架回缩量，取100mm。

根据以上各参数和不同采放比，计算液压支架的最大高度和最小高度[2]。

2.3 基本液压支架支护强度和工作阻力的确定

根据支架支护强度经验公式确定的结果，该矿5号煤层基本液压支架支护强度应不小于0.95MPa。

计算时一般支架采用1.5m中心距，大采高工作面支架中心距可采用1.75m。现分别对支架中心距1.5m和1.75m两种支架进行对比：

式中：P为支架工作阻力，kN；q为支架的支护强度，0.95 MPa；Lk为端面距取 0.3 m；Ld为顶梁长度取4.63/4.885m；B 为支架中心距，1.5/1.75m；Ks为支架支撑效率，1。

经计算支架中心距为1.5m和1.75m的两种支架工作阻力分别为7 025 kN和8 570 kN，查表分别选用ZF7800/19/38和ZF8600/19/38四柱支撑掩护式正四连杆大插板低位放顶煤液压支架。

2.3.1 ZF7800/19/38型放顶煤液压支架技术参数

该矿5号煤层工作面倾斜长度按150m考虑，普通支架采用中心距为1.5m，过渡支架采用中心距为1.75m，7架“头三尾四”布置方式，布置ZF7800/19/38型基本架93架。基本架技术参数详见下页表1。

2.3.2 ZF8600/19/38型放顶煤液压支架技术参数

该矿5号煤层工作面倾斜长度按150m考虑（煤壁对煤壁），采用中心距为1.5m的普通支架和中心距为1.75m的过渡支架，7架“头三尾四”布置方式，布置ZF8600/19/38型基本架80架。基本架技术参数详见表2，架型结构与ZF7800/19/38型支架除宽度不同外其余结构大致相同。

表1 ZF7800/19/38型基本液压支架结构参数

表2 ZF8600/19/38型基本液压支架结构参数

2.3.3 方案对比

在基本液压支架支护强度不小于0.95MPa的基础上，通过ZF7800/19/38型和ZF8600/19/38支架参数对比可看出：ZF7800/19/38型液压支架宽度小，稳定性差，质量较小，工作面咬架、倒架时调节方便，运输方便，但需要总架数多，工作面管理复杂；ZF8600/19/38型液压支架宽度大，稳定性好，质量大，工作面咬架、倒架时调节困难，运输不方便，但需要总架数少，工作面管理简单。综合考虑，对于基本支架，选用ZF7800/19/38型液压支架[3-4]。