适用于综合机械化开采的液压支架选型研究

冯炳钰

（西山煤电（集团）有限责任公司新产业公司通用设备分公司，山西 太原 030053）

引言

目前，煤矿综合机械化开采工艺包含有破煤、装煤、运煤、支护以及后处理五个阶段。对于支护环节而言，在实际生产中可通过液压支架和锚杆+锚索联合支护方式对工作面进行支护。其中，液压支架作为综采工作面的关键支护设备，根据工作面的实际情况选择最佳的液压支架往往能够起到事半功倍的效果，极大地保证了综采工作面生产的安全性[1]。因此，在实际生产中需结合煤矿工作面的矿压显现规律和顶底板情况完成液压支架的合理化选型。

1 工程概况

1.1 42101 工作面概况

本文以某煤矿42101 综采工作面为例开展研究，着重对该工作面的液压支架进行选型。该工作面煤层的厚度范围为0.8～1.26 m，煤层的平均厚度为1.02 m。而且，整个工作面的煤层厚度相对均匀，且煤层结构简单，属于稳定型煤层。工作面煤层的平均倾角小于10°。42101 工作面煤层的顶底板情况如

42101 工作面采用综合机械化开采工艺，该工表1 所示。艺对应的采高范围为1 m；工作面的走向长度为1.82 km，工作面的宽度为400 m。

表1 42101 工作面顶底板情况

1.2 204 工作面与42101 工作面对比

204 工作面为该煤矿已经开采的工作面，该工作面液压支架将为42101 工作面液压支架的选型提供参考。

204 综采工作面的煤层厚度范围为1～2.2 m，煤层的倾角范围为1°～3°。204 工作面与42101 工作面的主要区别表现为如下三点：

1）42101 工作面的煤层厚度较204 工作面的厚度小，相差约0.78 m；

2）42101 工作面煤层的埋藏深度比204 工作面煤层埋藏较深；

3）42101 工作面顶板的主要成分为粉砂岩和细粒砂岩；204 工作面顶板的主要成分为粉砂岩、砂质泥岩和中粒细砂岩。

目前，204 工作面所配置的液压支架类型包括有端头支架、过渡支架以及中间支架。其中，过渡支架的数量为2 台，端头支架的数量为7 台，中间支架的数量为154 台；工作面液压支架的总数量为163 台。中间液压支架的具体型号为ZY9200/12.3/22.3D，该型号的参数如表2 所示。

表2 ZY9200/12.3/22.3D 液压支架关键参数

2 液压支架选型理论研究

为保证所选型液压支架能够对工作面顶板进行有效、稳定支护，在实际选型中除了结合工作面矿压显现规律和顶底板情况外，还需遵循一定的原则，并按照合理步骤进行选型设计。

2.1 液压支架选型原则

在实际选型过程中需遵循如下原则：

1）保证液压支架的支护强度与工作面的显现规律相符合，确保液压支架能够将顶板的移近量控制到最小；

2）所选型液压支架的结构与煤层结构相匹配[2]。主要表现为：液压支架的支护高度与对应开采工艺的采高相匹配；同时，当工作面煤层倾角较大时还需为液压支架配置相应的防滑装置；

3）所选型液压支架应与综采工作面的采煤机、刮板输送机相匹配；液压支架的移架速度应与采煤机的牵引速度相匹配；液压支架的宽度应与刮板输送机的中部槽相匹配；

4）所选型液压支架对底板的比压在合理范围之内，其值不得超过工作面底板的最大抗压强度。对于工作面底板较软的情况，需为工作面配置具备抬底装置的液压支架[3]。

2.2 液压支架的选型步骤

基于上述原则的基础上，还需按照一定的步骤完成液压支架的选型。具体如下：

1）在液压支架选型之前必须充分掌握工作面的地质条件、矿压显现规律和工作面所采用的开采工艺；

2）根据上述情况完成液压支架的选型；

3）结合所选型液压支架的类型和工作面的情况具体确定所选型液压支架的支护强度、工作阻力以及支护高度等参数[4]。

3 液压支架的选型

结合上述研究，本节重点对液压支架类型、液压支架工作阻力、液压支架支护强度、液压支架支护高度以及液压支架的其他关键参数进行设计。

3.1 液压支架类型的确定

结合42101 工作面煤层、顶底板的实际情况以及矿压显现规律的分析结果，具体确定采用两柱掩护式液压支架对工作面42101 工作面进行支护。

3.2 液压支架工作阻力及支护强度的确定

液压支架工作阻力和支护强度的两项参数为其关键参数，该参数确定的合理性直接决定液压支架后期的支护效果和对围岩顶板的控制效果。本节将采用类比法和顶板模型法综合确定液压支架的工作阻力和支护强度。

3.2.1 基于类比法确定液压支架的工作阻力和支护强度

42101 工作面液压支架工作阻力和支护强度参数确定类比的对象为204 工作面。经类比研究得出如表3 所示的结果。

表3 基于类比法确定42101 工作面工作阻力和支护强度的结果

3.2.2 基于顶板模型法确定液压支架的工作阻力和支护强度

基于顶煤模型法确定液压支架的顶板压力为0.40 MPa，支护强度为0.53 MPa。

综上所述，确定42101 工作面液压支架的工作阻力的具体数值为6 812 kN，支护强度的具体数值为0.81 MPa，顶板压力的具体数值为0.61 MPa。

3.3 液压支架其他参数的确定

结合42101 工作面煤层的最大厚度和最小厚度分别为1.33 m 和0.8 m；结合相关的理论计算得出适应于42101 工作面液压支架的最大支护高度为1.53 m，对应的最小支护高度为0.45 m。综上所述，确定液压支架的最大支护高度为1.6 m，最小支护高度为0.55 m。

在上述各项参数确定的基础上，结合相关理论计算确定液压支架的中心间距为1.75 m，液压支架的顶梁结构形式为整体顶梁，对应的护帮机构为二级护帮[5]。

4 结论

液压支架为实现工作面综合机械化开采的核心设备，是保证煤矿安全生产的基础，其主要任务是对工作面顶板和围岩进行稳定控制。液压支架选型的合理性将直接决定上述效果的发挥。本文以42101工作面为例开展研究，采用类比法和顶板模型法综合确定液压支架的选型，并具体得出如下结论：

1）所选型液压支架的类型为两柱掩护式液压支架；

2）所选型液压支架对应的工作阻力为6 812 kN，支护强度为0.81 MPa，顶板压力为0.61 MPa；

3）所选型液压支架的最大支护高度为1.6 m，最小支护高度为0.55 m，中心支护高度为1.75 m。