ZY12000 28 62D型掩护式支架适应性试验研究.pdf

开采装备 ZY12000 /28 /62D型掩护式支架适应性试验研究 孟小军 晋城煤业集团 寺河矿, 山西 晋城 048000 [摘 要 ] 通过对晋城煤业集团寺河矿 4301综采工作面矿山压力显现实时监测系统数据分析, 进一步掌握了大采高 6m、超长工作面 300m 综采矿压规律、上覆煤岩层运移规律以及支架 - 围 岩相互作用特点, 分析评价了 ZY12000/28/62D型掩护式支架对 3号煤层的适应性及其特点, 为地质 结构简单、大采高超长工作面开采配套装备的选型提供了依据。 [关键词 ] 液压支架; 大采高; 超长工作面 [中图分类号 ] TD35541 [文献标识码 ] B [文章编号 ] 1006-6225 2011 01 -0076-03 Adaptability Test of ZY1200 /28/62D Shield Powered Support [收稿日期 ] 2010- 05- 31 [作者简介 ] 孟小军 1985- 男, 山西晋城人, 助理工程师, 晋城无烟煤矿业集团有限公司寺河矿二号井监测队队长。 综采工作面长度的加大,不仅能提高工作面单 产、方便巷道布置、简化生产系统、有利于矿井高 度集中生产, 而且能提高矿井资源采出率,并有利 于地表建筑物的保护。晋煤集团寺河矿瓦斯含量 高, 大采高工作面采用三进两回的布置方式,两个 工作面之间需要留 50m 左右的煤柱,煤炭损失严 重, 若增大工作面长度,可进一步提高资源采出 率, 保障矿井抽掘采衔接平衡, 确保矿井安全高 效。因此,研究适合大采高加长工作面条件煤层开 采的架型和配套装备, 掌握其矿压规律、上覆煤岩 层运移规律以及支架 - 围岩相互作用特点,积累 3 号煤层在回采工艺、劳动组织、顶板控制等方面的 开采技术经验,对提高矿井资源采出率,延长矿井 的服务年限, 有着非常重要的经济和社会意义。 1ZY12000/28/62D型掩护式支架工业性试验 11 开采地质条件 4301工作面井上位于东山村东南,小东山风 井场地东北。井下西为东四辅撤运输巷已掘 , 北为 4302工作面 正掘 ,南为 3306工作面 已 采 , 东为 DF1大断层为矿界 。 煤层底板标高 488 624m,地面标高 780 1104m。工作面所采煤层煤厚平均 630m,煤层倾 角为 1 14 ,平均 5 。煤体呈条带状结构,中部 夹 02m厚泥岩, 密度 146t/m 3, 坚固性系数 f 1 2 , 上覆岩层厚度 292 480m。 本工作面直接顶为砂质泥岩, 层理发育,层厚 243m。基本顶为中粒砂岩,坚硬,层厚 710m。 伪顶为炭质泥岩, 随采掘脱落, 层厚 020m。直接 底为砂质泥岩, 中夹薄层细砂岩, 层厚 280m。老 底为泥岩,局部夹薄层状砂泥岩、粉砂岩,层厚 752m。 本工作面总体为西低东高的单斜构造,在此基 础上发育了一系列中小型褶曲从西向东依次为 背斜、向斜 ,背斜、向斜造成煤层底板较大的波 状起伏,回采至 1500 2000m 时, 工作面西北部 煤层底板坡度达到 9 14 。 水文地质条件较简单,回采中涌水来源主要为 3号煤层上覆砂岩裂隙水,此含水层主要以静水量 为主, 该裂隙水将随着顶板垮落而渗入工作面;涌 水量正常为 008m 3 /m in, 最大为 017 m 3 /m in 。工 作面回采时瓦斯绝对涌出量 60m 3 /m in 。 工作面走向长 235353m,倾斜长 300m,设计 采高为 60m。采用走向长壁大采高综合机械化采 煤方 法,全 部垮 落法 控 制顶 板。最 大控 顶 距 5535m,最小控顶距 4670m;循环进度 0865m。 12 设备配套 液压支架采用电液控制技术, 可实现成组快速 移架, 并可通过采煤机上红外发射与支架上红外接 收,实现与采煤机联动。采煤机采用德国 SL- 500 型交流电牵引采煤机;工作面刮板输送机、转载 机、破碎机从美国引进; 可伸缩胶带输送机带宽 14m, 带速 35m /s ;工作面装备有 三机 PRO- MOS监测监控系统、乳化液泵站的 PROMOS监测 监控系统和巷道胶带机的监测监控 PROMOS保护 系统。 支架主要技术参数高度 28 62m,宽度 1660 1860mm,中心距 1750mm;支护强度 136 76 第 16卷 第 1期总第 98期 2011年 2月 煤 矿 开 采 Coalm ining Technology Vo116No 1 SeriesNo98 February2011 14MPa ,支护初撑力 7917kN,支护工作阻力 12000kN;支架对底板比压 28 286 MPa。 2 矿压观测 21 支架工作阻力在线监测 为了保障 4301工作面的安全开采, 深入分析 加长工作面矿山压力规律,考察支架工作性能, 4301工作面共计安装 42台在线监控分机,10台电 脑圆图仪。 22 观测结果及数据分析 221 顶板来压 4301工作面推进 177m 时,直接顶开始垮落, 推进至 223m 时,工作面直接顶基本全部垮落。 直接顶垮落时支架增阻明显。直接顶垮落动载系数 128 134 ,平均值 131 。基本顶初次来压步距 在 372m 左右。 实测的 20个支架基本顶来压之后,端头支架 最大工作阻力为 6000 8000kN,工作面中部为 8000 10000kN,少数支架超过或接近 12000kN。 图 1为 109号支架初采期间工作阻力变化规律。 图 1109号支架基本顶初次来压时工作阻力 从支架压力的在线监测和井下实际观测表明, 工作面加长后基本顶来压强度增大,步距缩短, 工 作面来压不同步现象明显, 工作面中部初次来压步 距较工作面两端头小, 来压强度较两端头大。图 2 为工作面初次来压期间支架最大工作阻力统计。 图 2 基本顶初次来压前后支架最大工作阻力统计 现场观测表明,支架实际工作阻力远未达到额 定的初撑力。 222 支架支护阻力频率分布情况 1 初撑力 实测初撑力基本上呈正态分布, 平均 初撑力 为 6271kN,相当 于额 定初 撑力的 792 ;最大初撑力为 7889kN,相当于额定初撑 力的 996 。 2 工作阻力 从支架压力的在线监测和井 下实际观测看出, 实测工作阻力基本上呈正态分 布,平均工作阻力为 7126kN,相当于额定工作阻 力的 593;最大工作阻力为 12180kN, 相当于额 定工作阻力的 102 ;另外,从压力记录图上分 析,支架安全阀开启率为 73 。图 3为 79号支 架最大工作阻力变化曲线。 图 379号支架最大工作阻力曲线 3 4301工作面矿山压力特点及其规律 1 工作面直接顶垮落步距为 164 19m, 平均为 177m,但是端头直接顶垮落滞后,垮落步 距 209 238m,平均为 224m,直接顶垮落持续 15d , 顶板垮落块度较小, 直接顶垮落动载系数最 大为 132 , 最小为 115 ,平均值为 124 。 2 工作面中部基本顶垮落步距为 30m,机 头机尾垮落步距平均为 444m,工作面中部来压步 距最短,机尾次之, 机头最长;从工作面中部开始 垮落到两端头垮落完毕, 共持续了近 3d ,工作面 表现出了明显的来压不同步现象。动载系数最大值 77 孟小军ZY12000/28/62D型掩护式支架适应性试验研究2011年第 1期 为 152 , 最小值为 128, 平均值为 140 。 3 工作面基本顶周期来压步距约为 156m, 动载系数平均 143 ;工作面中部来压步距平均为 149m, 动载系数平均 143 ;工作面机头平均为 163m, 动载系数平均 148 ;工作面机尾平均为 154m, 动载系数平均 141 。 4 4301工作面顶板上方有 3层硬岩层, 控 制着顶板岩层的活动,其中处于煤层顶板上部 855m处厚 19m 的中粒砂岩和粉砂岩层控制着整 个顶板岩层的活动规律,被称之为主关键层。主关 键层初次破断步距为 50 80m, 工作面中部最短, 两端步距较大,周期破断步距为 30 80m,工作面 中部最短,两端步距较大, 来压时工作面中部强度 最大,机头高于机尾。 总之,从 4301工作面矿压观测结果分析, 寺 河矿 3号煤层顶板比较稳定, 矿压显现不明显。 4 支架适应性分析 41 初撑力 从矿压观测数据可知支架平均初撑力为 6271kN,相当于额定初撑力的 792 ;最大初撑 力为 7889kN, 相当于额定初撑力的 996 , 说明 升柱充液时间或泵站压力不足, 离初撑力合格值还 有较大差距。因此,必须采取措施提高支架初撑 力,尤其在来压期间更应注意,以减少顶板活动对 采场的影响,确保工作面端面顶板完整。 4301工作面支架增阻特性统计表明,支架处 于一次或二次增阻类型占 72 ,初撑状态不足 10 , 主要是基本顶初次垮落之前和工作面端头支 架,以及非周期来压时。 4301工作面长度加大后,顶板压力大幅度增 加,远远超过寺河矿以前开采的工作面, 但是就支 架初撑力而言, 基本没有变化,这与工作面加长后 顶板压力增大是不相适应的, 致使超过 70 以上 的循环处于一次或二次增阻状态, 甚至多次增阻状 态,特别是顶板周期来压时, 支架多数处于急增阻 状态, 增阻速率达到 800 1000kN /h 。 42 工作阻力 工作面部分支架工作阻力频度统计结果表明 4301工作面支架 工作阻力 60 分布于 5000 9000kN;593 超 过6000kN;415 超 过 7000kN;242 超 过8000kN;119 超 过 9000kN。超过 8000kN工作阻力的液压支架主要出 现在工作面中部,工作面两端头基本一致,这也表 明本次支架选型是合适的,能够适应工作面加长后 的顶板压力,特别是顶板来压时带来的冲击载荷。 图 4为 4301工作面支架工作阻力频度统计。 43 支护强度 图 44301工作面支架工作阻力频度统计 ZY12000/28/62D型掩护式支架的设计支护强 度为 136 14MPa,而工作面载荷强度在 12 138之间, 平均为 13MPa ,说明支护强度能的满 足实际生产的需求。 5 生产中存在的问题 1 在线监测到部分支架立柱载荷已经达到 了安全阀开启压力,但是井下观察发现这些支架并 未泄液或渗液,其主要原因是部分支架安全阀无法 正常开启。 2 在线监测和井下实际记录发现,工作面 62的支架左立柱压力低于 24 MPa ,有的立柱压力 甚至小于 5MPa ,工作面支架初撑力不足造成工作 面片帮严重。初撑力不足的原因主要有 工人升架 时间偏短, 支架未完全达到额定的初撑力,即关闭 了供液阀门;支架管路漏液、串液; 在支架调试阶 段,有 30架无法正常升降,目前正在及时更换液 压支架阀组;泵站压力为 20 24 MPa ,未达到规定 的 315MPa 。 3 部分支架出现拉架速度缓慢的现象,原 因是进水管刚开始投入使用, 管内杂质多,水质较 差,导致支架过滤阀堵塞,更换支架反冲过滤阀后 问题得到解决。 下转 96页 78 总第 98期煤 矿 开 采2011年第 1期 4 根据实际情况,适当加快采煤工作面的 推进速度。 5 选择合理的回采巷道及支护形式增加 锚杆的支护强度; 增加锚索的支护强度;回采巷道 采取宽巷布置等。 自方案实施以来, 效果较好, 保证了煤矿的安 全开采。 [参考文献 ] [ 1] 石平五 西部煤矿岩层控制泛述[ J] 矿山压力与顶板管理, 2002 l6- 8 [ 2] 姜福兴, 王同旭 矿山压力与岩层控制[M ] 北京 煤炭工 业出版社,2004 [ 3] 宋振骐 实用矿山压力控制[M ] 徐州 中国矿业大学出版 社,1988 [ 4] 张先尘 中国采煤学[M ] 北京 煤炭工业出版社,2003 [ 5] 钱鸣高 矿山压力及其控制[M ] 北京 煤炭工业出版社, 1984 [ 6] 史 红, 姜福兴 综放采场上覆厚层坚硬岩层破断规律的分 析及应用[ J] 岩土工程学报,2006 ,28 4525- 528 [ 7] 熊仁钦 采场顶板大面积冒落的破坏防治[ J] 矿山压力与 顶板管理,1995 321- 25 [ 8] 史 红, 姜福兴 采场上覆大厚度坚硬岩层破断规律的力学 分析[ J] 岩石力学与工程学报,2004 ,23 1877- 81 [ 9] 石平五,陈文伟 急斜长壁采场顶板破断和岩块运动规律 [ J] 西安矿业学院学报,1990,10 210- 21 [ 10] 贾光胜, 毛德兵 综放开采顶煤离层与破坏规律研究[ J] 矿山压力与顶板管理,2002 234- 37 [责任编辑 王兴库 ] 上接 78页 6 经济指标分析 4301工作面从 2009年 10月 1日初采,截止 2010年 4月底,工作面共完成原煤产量 422M , t 最高日产量达到了 32687, t最高月产量达到了 760k, t 平均月产 6029kt 。较前期,最高月产提高 了 1113 、最高日产提高了 1262 、平均日产 提高了 1965 。 4301工作面加长后,提高了煤柱采出率。寺 河矿综采工作面巷道布置采用 三进两回 的通 风方式, 无论是 225m 还是 300m 工作面,每回采 一个工作面, 都必须要留设 55m 的煤柱暂时不能 回收。工作面加长后,煤柱资源损耗由原来的 244 缩小为目前的 183 , 即每采一个 300m工 作面较 225m 工作面多回收出 61 的煤柱损耗资 源。以目前 4301加长工作面为例,4301工作面可 采储量 6246 M , t 可多回收出煤柱资源 381k, t 平 均售价按 400元 /t计算, 可多产生效益 152亿元。 7 结论 1ZY12000/28/62D 型掩护式支架结构合 理、紧凑, 初撑力、工作阻力、支护强度等各项指 标参数能够满足生产需要。该支架适应于 3号煤层 大采高超长综采工作面开采需要。 2 使用 ZY12000/28/62D型掩护式支架后, 使工作面加长到 300m,煤柱损耗减小 61 ,经 济效益明显,各项经济技术指标均达到预期效果。 [责任编辑 张银亮 ] 上接 84页 纯的依靠电控卸荷会增加生产过程的停机率,如果 在生产过程中更换卸荷阀, 少则半个小时, 多则一 个小时, 给生产带来不便, 增加了停机率。所以研 制一套电控卸荷和液压卸荷于一体的卸载阀,对于 本系统来说, 至关重要。 5 实行自动控制的优点 泵站系统实现自动控制带来了很多优点,主要 表现为 1 安装了各种传感器,能够实时监测各个 设备的状态。 2 实施了自动控制,便于工作面设备的集 控, 提升技术水平。 3 将各种设备信息上传至地面调度室,经 网络发布后,各级管理人员能够随时查看井下泵站 设备的状态。 4 能够对各个环节实行细致化的管理。 6 结论 综采工作面泵站自动控制系统是采煤工作面设 备技术升级的必然结果, 是综采工作面向智能型发 展所必需的元素或者说是不可缺少的一部分,所 以,将来泵站自动控制系统会逐渐得到广大煤矿用 户的重视和认可。 [参考文献 ] [ 1] 程 鹏, 等 自动控制原理[M ] 北京 高等教育出版社, 2003 [责任编辑 张银亮 ] 96 总第 98期煤 矿 开 采2011年第 1期