竹林山煤矿5m厚煤层大采高采支架研究

针对竹林山5m厚煤层开采的液压支架支护，运用三种理论方法分别对竹林山矿煤层大采高支架工作阻力进行分析与估算，通过进行对比和优化，最终得出大采高支架中心距与工作阻力的定量关系。

合理的液压支架选型是实现矿井高产高效综合机械化开采的关键因素之一，而工作面液压支架额定工作阻力的合理确定是液压支架选型的关键。

矿井情况介绍

位置

井田位于阳城县西北25km处芹池镇马庄村一带，行政隶属阳城县芹池镇管辖。

地形外貌

井田位于太行山脉西侧沁水盆地南部边缘，为低山丘林地带。井田内两条南北向大沟与山梁相间分布，两侧支沟呈树枝状展布，地形十分复杂。

水系

井田内无较大河流分布，仅有马庄沟、吕庄沟两条溪流由北向南流入井田南部1km处的芦苇河，芦苇河由西向东经芹池、町店于八甲口汇入沁河，属黄河流域沁河水系。

矿井主要生产系统

通风

采用中央分列式通风，由主、副斜井进风，回风立井回风。通风机工作方式为抽入式。

供电

采用双回路供电。

排水

矿井水源主要来自3号煤层顶板及采空区积水，井底车场副斜井侧建有主、副水仓，主水仓容量为995m3，副水仓容量为528m3。

提升、运输系统

主斜井采用SQD220型固定式带式输送机提升原煤；副斜井采用2TK―2/X型提升机单钩矿车提升材料。

瓦斯抽放系统

井下瓦斯抽放方式主要以边掘边抽、先抽后采为主，采空区抽放为辅。

竹林山煤5米厚煤层概况

煤层情况

竹林山煤矿主采为3#煤，煤层厚度为4.5～5.5m，平均5.0m，煤层中含1～2层夹矸。

顶底板情况

直接顶为灰色细砂岩，含泥质条带和植物化石，下部夹粉砂质泥岩，底部见炭质页岩。老顶为灰黑色泥岩、粉砂、砂质泥岩。

直接底为含砂泥岩、粗（粉）砂岩，泥质粉砂岩互层，中间夹有泥岩。老底为灰黑色粉砂质泥岩。

米大采高支架支护强度计算

确定液压支架支护强度的方法主要有：载荷估算法、实测统计法和理论分析法。

载荷估算法

按照采高数倍的控顶区单位面积内顶板容重来选取：

（1）

式中――作用于支架上的顶板岩石厚度倍数，取6；

――工作面采高，=5m；

――岩石容重，取=2.5t/m3；

――支护强度，MPa。

由式（1）计算得=0.75MPa。

实测统计法

按老顶级别为Ⅰ～Ⅲ级来压显现明显计，工作面采高取最大采高7m，额定支护强度下限为：

=72.3+4.5+78.9-10.24-62.1 （2）

式中――额度支护强度，MPa；

――工作面煤层采高，取5m；

――老顶周期来压步距，取15m；

――控顶高度，取7m；

――直接顶厚度与采高之比，取7.3/5。

由式（2）计算得=1.025MPa。

理论分析法

按老顶断裂形成“台阶岩梁”结构计算控制顶板所需支护阻力为：

式中――老顶厚度，取14.7m；

l――关键块长度（周期来压步距），取15m；

h1――载荷作用于老顶岩块的等效岩柱厚度，取40m；

Σh――直接顶厚度，取7.3m；

i ――岩块厚度与长度之比；

θ1――岩石转角，（度）；

b――支架宽度，m；

μ――支架的支护效率。

P1=hlr+Kch1lr1，h1≥（1.5～2.5）l为作用于关键块的载荷；

设周期来压步距平均为l=15m。表土层载荷层厚度h1=40m，载荷层平均体积力r1=1.8t/m3，直接顶厚度Σh=7.8m，采高m=7m，支架宽块度b=1.75m，支架支护效率μ=0.9，控顶距lk=6.0m。

计算结果：pc≥8371KN；

按控顶距6m，支架中心距1.75m，此时支护强度为0.832Mpa。

支架工作阻力的确定

用三种理论方法计算得到以上液压支架支护强度，见表1。

结合我矿实际情况，比较后得出应用于5m特厚煤层开采的液压支架支护强度应取为1.13Mpa。结合支架现状和现场经验，分别取支架的中心距为1.75m、2m和2.5m，进行液压支架工作阻力计算。

额定工作阻力F：

（3）

式中P――额定支护强度，MPa；

L――支架中心距，分别取1.75m、2m、2.5m；

Bc――控顶距，取4.1m；

α――立柱在垂直方向倾斜角度，取40。

根据支架工作阻力数值和煤矿安全生产的需要，对计算结果调整，最终结果为：

支架中心距1.75 m时，工作阻力8600Kn；支架中心距2.0m时，工作阻力12000kN；支架中心距2.5m时，工作阻力15000kN

液压支架的结构

液压支架采用掩护式支架。

结束语

通过对运用三种理论方法计算所得结果进行比较和优化，最终得出了竹林山厚煤层大采高支架的工作阻力为8600KN，支架中心距1.75m。

（作者单位：山西阳城阳泰集团竹林山煤业有限公司）