树儿里煤业8204 工作面开采方式及液压支架选型设计

仝志国

（大同煤矿集团同生树儿里煤业有限公司，山西 大同 037100）

1 工程概况

大同煤矿集团树儿里煤业8204 工作面可采走向长300 m，倾斜长度171 m，煤层埋藏深度198～212 m。工作面煤层结构复杂，煤层最大厚度12.1 m，最小10.3 m，平均11.2 m，煤层倾角6.35°～5.73°，平均6.04°，有3 层夹石，厚0.47～0.8 m。

在掘进过程中共揭露了正断层7 条。其中2204巷揭露2 条正断层，落差在1.2～2.0 m；5204 巷揭露4 条正断层，落差在0.5～1.4 m 之间；8204 切巷揭露1 条正断层，落差在1.3 m。工作面位于3#煤层，上距73 m 左右为4-2#煤层。

2 采煤方法选取

2.1 采煤方法

根据树儿里煤业3#煤层赋存特征、厚度、结构以及顶底板岩性等综合因素，确定8204 工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤开采工艺[1]，采用全部垮落法管理顶板。

2.2 工作面开采参数

（1）工作面长度。根据302 盘区布置状况考虑，确定8204 工作面倾向长度为165 m；距南部302-1巷留设50 m 保护煤柱，确定8204 工作面可采走向长度300 m。

（2）采高。8204 工作面采用MG400/940/WD型交流电牵引采煤机落煤装煤，ZF8400/20.5/38 型放顶煤液压支架支护顶板，工作面采高为3.3 m。

（3）截深。8204 工作面采用MG400/940/WD型交流电牵引采煤机，配套使用ZF8400/20.5/38 型放顶煤液压支架，支架推移千斤行程为0.9 m，因此确定截深0.8 m。

（4）采放比。8204 工作面可采煤层平均厚度为11.2 m，设计采高为3.3 m，放煤厚度为7.9 m，采放比1:2.39。

（5）综放工作面放煤步距及停采前顶煤留设距离。采煤机截深为0.8 m，则采用一刀一放回采比较合理，放煤步距为0.8 m，直到采至工作面停采线前20 m。工作面初采期间，顶煤不易垮落，或顶煤回收率低，前15 m 不放煤，初期放顶煤方式采用多轮间隔折返放煤，等工作面顶板初次来压后，按一刀一放双轮间隔折返放煤的正规循环进行作业；停采线前20 m 到停采线，只割煤不放煤。

（6）煤柱留设。8204 工作面停采线至302-1巷之间留设50 m 煤柱，北、东为实煤。

2.3 回采工艺

2.3.1 综采放顶煤开采工艺主要工序

综采放顶煤开采工艺工序：采煤机斜切进刀→割煤→移架→推前溜→放顶煤→拉后溜。双向割煤法，一刀一放回采工艺；采煤机截割及放顶煤采出的煤经工作面前、后刮板运输机，顺槽转载机，顺槽可伸缩皮带运输机，经302 巷、胶带大巷、主斜井煤仓，由主斜井皮带运至地面；工作面采用自然垮落法管理顶板。

2.3.2 放顶煤

（1）初次放顶煤

初次放顶煤范围为第4#～112#支架，初次放顶煤方式为多轮间隔折返放煤，间隔长度为1 个支架。

（2）正常放顶煤

初次放顶煤后，进入正常循环放煤。正常循环放煤范围为第4#～112#支架；工作面与两顺槽垂直时，第4#～109#支架。正常放顶煤方式：双轮间隔折返放煤，间隔长度为1 个支架。工作面采用每循环割一刀煤放一茬顶煤的作业方式，循环进度0.8 m，两放煤工相距10 架实行偶数架和奇数架同时放煤。放煤滞后采煤机后滚筒15 m，放煤工不得一次将尾梁收回至最大角度，且放煤过程中要互相配合，控制煤量。放顶煤示意图如图1。

图1 放顶煤示意图

2.4 停采工艺及要求

当工作面采至距停采线30 m时，将工作面调直、调正，做到三直两平两畅通。根据支架类型确定铺网距离为16 m，铺网采用8#铅丝编制的菱形网，规格6.0 m×1.75 m，网格50 mm×50 mm。

铺网工艺流程：（1）铺网前，必须将工作面头尾采齐，工作面保证“三直两平两畅通”，采高3.3 m。工作面在采位284 m 时，停止放顶煤，工作面开始铺菱形金属网，在采位284～300 m 铺设双层菱形金属网，菱形金属网平行于工作面铺设，网与网搭接处布置在支架中心线上并与两顺槽预先铺设的网片连接起来。（2）开始铺网时，把金属网展开按一定顺序用连网丝连接好，平行于工作面铺设，然后把连好的网放到支架前探梁上，通过升降支架前探梁将金属网压住。每次所降支护前探梁不得超过两架，即在所降支护前探梁压网升紧后，方可降后两架支护前探梁进行再压网施工。（3）铺网时，网与网搭接长度为200 mm，连网用双股14#铅丝，每200 mm 连接一处。

3 液压支架选型设计[2]

3.1 液压支架工作阻力验算

8204 综采工作面切巷斜长度为171 m，采平长度165 m，选用的液压支架分三种：端头支架、过渡支架、中间架。

端头支架1 架，型号为ZFT20000/22/35，初撑力15 517 kN，工作阻力20 000 kN，最大支撑高度为3500 mm，长度为12 724 mm，宽度为3040 mm。

过渡支架6 架。头3 架过渡支架型号为ZFG10000/23/36，初撑力为7755 kN，工作阻力为10 000 kN，最大支撑高度3600 mm，长度为7200 mm，宽度为1530～1700 mm。尾3 架过渡支架型号为ZFG8400/23/37，初撑力为6180 kN，工作阻力为8400 kN，最大支撑高度3700 mm，长度为7000 mm，宽度为1530 mm。

中 间 架109 架， 采 平 为106 架， 型 号 为ZF8400/20.5/38，初撑力为6104～6207 kN，工作阻力为8400 kN，最大支撑高度为3800 mm，长度为7600 mm，宽度为1420/1590 mm。

3.2 支架支护强度、工作阻力计算

3.2.1 根据断裂角确定放顶煤支架支护强度

式中：H为有影响岩层厚度，m；h1为顶煤厚度，m；L为有效空顶距，取5.27 m；α为顶煤断裂角，取70°；θ为顶板断裂角，取60°；r1为顶煤容重，取14 kN/m3；r2为顶板岩石容重，取25 kN/m3；qz为支架动载支护强度，kN/m2；k为动载备用系数，取1.3。

3.2.2 综放工作面支架阻力

（1）根据断裂角确定支架工作阻力

式中：P1为支架工作阻力，kN；qz为支架动载支护强度，kN/m2；Lk为端面距，取0.34 m；Ld为顶梁长度，取4.93 m；B为支架中心距，取1.503 m；ηs为支架支护效率，取75%。

（2）放顶煤现场实测数据计算定支架工作阻力

式中：P2为工作阻力，kN；h为煤层埋深，取194 m；f为煤的硬度系数，取3；Md为顶煤厚度，取7.9 m；k为安全系数，取1.35。

（3）岩石容重法公式计算放顶煤支架工作阻力

式中：qz为支架动载支护强度，kN/m2；Kd为动载系数，取1.6；M为一次采厚，取10.08 m；Kp为冒落矸石碎胀系数，取1.5；γ为顶板岩石容重，取26.75 kN/m3。

式中：P为支架工作阻力，kN；LK为端面距，取0.34 m；LD为顶梁长度，取4.93 m；B为支架宽度，取1.5 m。

取计算结果的80%：P×0.8=6814×0.8=5451 kN。经计算，取5451 kN 为最大值，作为综放工作面最大工作阻力。

3.3 支架的选择

通过以上计算，8204 综放工作面确定设计选用ZF8400/20.5/38 型放顶煤液压支架，支架支撑高度为2.05～3.8 m，工作阻力8400 kN，支护强度0.97～0.98 MPa。与中部支架相适应，选择ZFG10000/23/36型、ZFG8400/23/37 型放顶煤过渡液压支架和ZFT20000/22/35 型端头支架，满足控制顶板需要。

4 结语

ZF8400/20.5/38 型放顶煤液压支架在8204 综放工作面投入使用后，除个别拉后溜方轴发生断裂问题外，未发生任何问题，液压支架选型效果理想。8204 综放工作面从2021 年8 月开始试生产，当前日产原煤23 077 t，采煤水平较高。树儿里煤业8204 工作面开采方式及液压支架选型设计较为合理，为实现8204 工作面安全高产高效开采奠定了基础。