机械化采煤顶板参数与机电设备受力的分析

2020-03-14刘睿智

机械管理开发 2020年1期

刘睿智

（山西陆合集团恒泰南庄煤业有限公司，山西临汾 041000）

1 工作面及其水文概况

1.1 工作面

某矿1413A首采工作面北邻Fs886边界断层，南至西二采区1煤系统巷道；东、西部分别与尚未回采的1414A和1412A设计工作面相邻。工作面沿走向布置，可采长度1 245 m，倾斜长180.5 m，面积224 722.5 m2，轨顺标高-482.4～-510.8 m，运顺标高-492.6～-515 m。工作面地质储量212.72万t，可采煤量197.83万t，采出煤量167.9万t，采用后退式分层走向长壁综合机械化采煤方法，全部垮落法管理顶板，下分层不小于2 m。

1.2 工作面回采水文变化

1413A工作面回采前，西二1煤采区累计施工C3Ⅰ组灰岩穿层钻孔42个、4 419 m，顺层钻孔20个、9 186 m，测得C3Ⅰ组灰岩最大水压 4 MPa（E12-2号孔），单孔最大水量19 m3/h（2号探放水斜巷三灰上4号孔）；灰岩钻孔初始最大总出水量（不包括三灰上1号异常出水钻孔）31 m3/h（2014年2月）。回采前涌水量减小为13 m3/h，最大水压降至0.65 MPa（E2-2号孔），累计疏放灰岩水19.3万m3。

工作面回采期间底板C3Ⅰ组灰岩含水层共设置4个测压孔，测得最大水压0.6 MPa，低于安全限压值0.85 MPa，单孔最大水量4 m3/h，自开始回采到完成收作，西二1煤采区C3Ⅰ组灰岩含水层疏放水量 8.3 万 m3。

2 顶板参数

2.1 顶板压力预测

依岩石重量法推算综采工作面支架支护强度Wz=H岩×γ×K。式中：H岩为上覆岩层厚度，取最大53.3 m；γ为岩石平均容重，取25 kN/m3；K为老顶动载系数，取1.2。代入数据计算得Wz=1.6 MPa。

依工作面采高推算综采工作面支架支护强度Q=9.8×10-6×M×K'×R。式中：Q为预计顶板压力，MPa；K'为增载系数，一般 6～11，根据同煤层其他工作面及本工作面顶板实际状况，取K'=8；R为顶板岩石容重，取2.5×103kg/m3；M为最大采高，取6.5 m。代入数据计算得Q=1.274 MPa。

底板比压验算。粉砂岩底板允许比压为14.79 MPa，而中间架和过渡架设计底板比压平均值为3.21 MPa，显然工作面底板允许比压大于支架设计底板比压，故支架不会发生钻底现象。

依综采工作面支架支护强度确定支架工作阻力F=Wz×S。式中：F为支架工作阻力，kN；S为支架支护面积 1.75（中心距）×5.89（最大控顶距）=10.4 m2。代入数据计算得F=16.640 MN=16 640 kN。

2.2 工作面液压支架选型及压力验算

2.2.1 基本支架的规格、布置及间距

基本支架为自移式液压支架，支架沿走向方向顺序排列布置，支架中心距为1.75 m。

2.2.2 最小控顶距、最大控顶距及放顶步距

最小控顶距4 940 mm，最大控顶距5 890 mm，放顶步距900 mm。

2.2.3 顶板支护及控顶距

1）1611A工作面液压支架型号为ZZ18000/30/65D，最大高度为6 500 mm，最小高度为3 000 mm，中心距为1 750 mm，推移行程为900 mm，初撑力为14 288 kN，工作阻力为18 000 kN，支护强度为1.84 MPa，对底板比压为3.21 MPa，系统最大供液压力为31.5 MPa。

2）1611A工作面乳化液泵站型号为BRW200，最大供液压力31.5 MPa，供液流量为200 L/min，额定电压为1 140 V，电机功率为125 kW，液箱容积3 000 L（注液箱2 000 L、六泵三箱/套）。

2.2.4 支架压力的验算

因为 18 000 kN＞16 640 kN，1.84 MPa＞Wz=1.6 MPa，1.84 MPa＞Q=1.274 6 MPa。所以所选支架的工作阻力符合要求。