显德汪矿薄煤层液压支架选型研究

摘 要：液压支架是采煤工作面的主要设备之一，正确选择液压支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率、充分发挥综采设计的效能、实现高产高效尤其重要。在对显德汪矿1#煤顶底板分类的基础上，结合煤层赋存条件，经过理论计算最终确定出适合显德汪矿1#煤的液压支架型号。

关键词：薄煤层 支架 选型 参数

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0081-01

冀中股份公司显德汪矿主采煤层为1#煤、2#煤、9#煤。目前2#煤储量集中在二、九采区，其中九采区2#煤存在局部瓦斯异常，开采难度大；9#煤煤质较差，同时受周边小煤矿老空水和底板奥灰承压水的严重威胁。因此，1#煤薄煤工作面连续开采对于我矿稳步高产目标实现至关重要。目前我矿九采区1#煤薄煤工作面只配备了两套ZY2400-10/19综采液压支架。ZY2400-10/19液压支架由于购买时间较早，支架陈旧老化，部分支架已难以维护，需要更换新支架。根据采区接替安排，我矿将于近期开始准备十一采区，届时十一采区1#煤薄煤工作面也需使用薄煤综采设备。因此，我矿急需为九采区和十一采区1#煤薄煤工作面引进薄煤综采液压支架。

支架与围岩适应性好能够降低顶板事故率，实现工作面高产、高效。支架的适应性主要表现在支架的架型与主要参数在煤层赋存条件下的适应性及工作面处于特殊地点及时期的空顶技术。我们从支架架型、参数两方面对1#煤薄煤工作面液压支架进行选型。

1 显矿九采区和十一采区一号煤煤厚情况

多年来我矿开采的主要战场在1#、2#煤层，九采区1#煤已开采了1911、1912、1913、1915四个工作面，1914工作面正在回采，1#煤煤层厚度0.3～2.4 m，平均1.25 m，剩余资源总量429.73万t。十一采区尚未布置工作面，1#煤煤层厚度0.26～2.2 m，一般0.82～1.46 m，平均1.19 m，1#煤资源总量231.55万t。

2 支架架型选择

九采区1#煤直接顶为粉砂岩，泥质胶结，质软，夹薄层细砂岩，直接顶跨落步距为16 m；十一采区1#煤直接顶为灰黑色，层厚不稳定，局部相变为粉砂岩或细砂岩，顶部局部发育0#煤。

根据上述地质资料可知本区域直接顶中等稳定，周期来压明显，属于Ⅱ类顶板。1#煤煤层较薄，工作面采高低，在液压支架选型时应考虑通风断面。综合上述因素本区域1#煤应选择掩护式液压支架。

3 支架参数选择

（1）液压支架的工作阻力是液压支架在工作中能承受顶板的载荷，是衡量液压支架支护性能的最主要的技术参数，支护强度取决于煤层围岩对支架顶板的作用力，是在一定开采条件下，煤层围岩载荷固有属性，与其矿压显现规律密切相关。根据九采区观测数据，本煤层直接顶为Ⅱ类，顶板来压时的最大工作阻力为1302 kN/m2，直接顶跨落步距为16 m，老顶来压最大工作阻力1355 kN/m2，周期来压步距6～10 m。两巷超前影响带50～90 m。支护强度计算：

Q=-3.6+5.8M+1.4L+3.6R

=-3.6+5.8×2.1+1.4×10+3.6×4.2

=0.377MPa

M为采高，取最大采高2.1 m。L为周期来压步距，取最大值10 m。R为最大控顶距，4.2 m。

根据支护强度确定支架工作阻力：

q=Q×b×Bc/cosα

式中：q为为支架工作阻力，kN。

b为支架中心距，取1.5 m。

α为为液压支架立柱与垂线夹角，14.9°～38.7°。

Bc为支架控顶距，取3.6～4.2m。

则：q=2107～3043 kN。

综合实际观测和计算结果，考虑到支架在生产过程中的安全性、可靠性，支架的工作阻力定为3200 kN。

（2）液压支架最大高度的确定。

考虑到顶板有顶板冒落或局部冒落而压住液压支架的可能，为保证立柱有一定的行程量，液压支架最大高度应在煤层最大采高基础上，再加200～300 mm。

Hm=hm+S1=2.4 m

式中：hm为煤层最大高度，取2.1 m。

S1为考虑伪顶冒落后仍有可靠初撑力所需的支撑高度，取0.3 m。

根据上述计算，支架最大高度定为2.3m。

（3）液压支架最小高度的确定。

考虑到液压支架上、下浮煤堆积影响，移架操作时支架立柱要有150 mm左右的回缩量等因素，液压支架最小高度应在煤层最小采高基础上再减200～300 mm。

Hn=hn-S2=1.2 m

式中hm为煤层最小高度0.26 m，根据配套尺寸，在保证采煤机一定安全空间的条件下工作面采高定为1.5 m。

S2为顶板来压时的最大下沉量，取300 mm。

根据上述计算，支架最小高度定为1.2 m。

4 建议选择ZY3200-12/24薄煤液压支架

ZY2400-10/19型薄煤液压支架开采高度1.3～1.8 m，经过九采区1#煤薄煤工作面的实践，效果良好。但由于九采区/十一采区1#煤煤层厚度不稳定，局部超过1.8 m，造成丢煤现象降低了回采率。鉴于1#煤煤厚变化情况，根据支架高度计算提高支架高度，资源回收率将大大提高。因此综合我矿实际情况和上述选型计算结果暂选支架型号为：ZY3200-12/24支撑掩护型薄煤液压支架。ZY3200-12/24液压支架技术参数如下：

支架高度：1200～2400 mm；工作阻力（P=38.5 MPa）：3200 kN。

初撑力（P=31.5 MPa）：2618 kN；中心距：1500支护强度（1.2 M以上）：0.53-0.63 T。

5 主要结论

（1）显德汪矿九采区1#煤111b-5块段平均煤厚2.1 m，面积332448 m2；十一采区1#煤2S22-3块段平均煤厚2.06 m，面积375060 m2。容重1.6 t/m3，改用ZY3200-12/24型支架后可将此块段资源全部回收，共多回收资源20.75 t。

（2）通过合理控制综合机械化采煤顶板及科学合理选择支架类型，满足了显德汪矿九采区及十一采区1#煤综采作业的要求，确保了液压支架的适用性和可靠性。

参考文献

[1] 王悦勇，刘德利，等.东达峁尾巴二矿薄煤层开采及其液压支架选型研究[Z].