42型综放液压支架特点及使用效果分析.pdf

第 1 6卷 第5期 总第 1 0 2期 2 0 1 1 年 1 0月 煤矿开采 C o a l mi n i n g Te c h n o l o g y V o 1 ． 1 6 N o ． 5 S e ri e s N o ． 1 0 2 0 c t o b e r 2 01 1 Z F 1 5 X 0 ／ 2 7 ． 5 ／ 4 2型综放 液压支架特点及使用效果分析 李俊成 大同煤矿集团 国电同忻煤矿有限公 司，山西 大同 0 3 7 0 0 0 [ 摘要] Z F 1 5 0 0 0 ／ 2 7 ． 5 ／ 4 2型放顶煤液压支架针对 1 0 m以上特厚煤层研制，具有 目前最大的 工作阻力和使用高度。同忻煤矿 8 1 0 1工作面煤层平均厚度 1 4 ． 1 3 m，采用大采高综放开采，机采高度 控制在4 ． O m以下，支架的支护强度确定为 1 ． 4 6 MP a ，对应的支架工作阻力为 1 5 0 0 0 k N。现场使用结 果表 明，该型支架的支护强度和结构特点能够满足特厚煤层强矿压要求，达到了预期的效果。 [ 关键词] 特厚煤层；综放；液压支架；顶煤回收率 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 1 0 5 - 0 0 5 7 - 0 2 Ch a r a c t e r i s t i c o f ZF1 5 0 0 0 ／ 2 7． 5 ／ 4 2 Fu l l - me c ha n i z e d To pc o a l Ca v i n g Po we r e d S upp o r t a nd I t s Ap pl i c a t i o n Effe c t L I J u n ． c h e n g G u o d i a n T o n g x i n C o l l i e r y C o ． ，L t d， D a t o n g 0 3 7 0 0 0， D a t o n g Ab s t r a c t Z F 1 5 0 0 0 ／ 2 7 ． 5 ／ 4 2 f u l l me c h a n i z e d t o p c o a l c a v i n g p o we r e d s u p p o w a s d e v e l o p e d f o r o v e r l O re t h i c k c o al- s e a m，w h i c h h a s t h e l a r g e s t w o r k i n g r e s i s t a n c e a n d s u p p o r t i n g h e i g h t ．I n 8 1 0 1 mi n i n g f a c e o f T o n g x i n C o l l i e r y ，c o al s e a m i s a v e r a g e d 1 4 ． 1 3 m a n d w a s mi n e d wi t h t h e me t h o d o f f u l l me c h a n i z e d c a v i n g mi n i n g w i t h 4． 0 m mi n i n g h e i g h t ． S u p p o si n g d e n s i t y o f t h e p o we r e d s u p p o i s 1 ． 4 6 MP a a n d c o r r e s p o n d i n g w o r k i n g r e s i s t a n c e i s 1 5 0 0 0 K N．Ap p l i c a t i o n o n t h e s p o t s h o w e d t h a t i t s s u p p o rti n g d e n s i t y a n d s t r u c t u r e c h a r a c t e ri s t i c c o u l d me e t t h e r e q u i r e me n t o f s t r o n g u n d e r g r o u n d p r e s s u r e i n e x t r e me l y t h i c k c o al s e a m a n d r e a c h e d e x p e c t a n t e ff e c t ． Ke y wo r d s e x t r e me l y t h i c k c o a l - s e a m ；f u l l me c h a n i z e d t o p c o al c a v i n g mi n i n g ；p o we r e d s u p p o ；t o p c o a l r e c o v e ry r a t i o 1 问题的提出 同煤国电同忻煤矿 8 1 0 1 工作面煤层厚度 l 1 2 3 ． 6 4 m，平均厚度 1 4 ． 1 3 m，为特厚煤层 ，采用 大 采高综采放顶煤开采。 综放开采实践表明，特厚煤层综放开采具有如 下特点 1 矿压显 现剧烈 ，来 压特征 和顶板运移规 律与普通厚煤层 煤层厚度 ≤1 0 m放顶煤开采明 显不同。 2 顶煤回收率影响因素增多，不同层位顶 煤冒放规律不尽相同， 需要采取措施提高顶煤回收 率 。 2 Z F 1 5 0 0 0 ／ 2 7 ． 5 ／ 4 2型液压支架设计 2 ． 1 支架高度确定 支架高度的设计 ，主要确定合理 的机采高度 ， 同时增加顶煤回收率。众所周知，加大机采高度可 以提高煤层采出率、增强顶煤冒放性，但会导致矿 压显现剧烈、煤壁片帮冒顶严重。同一煤层邻近矿 井开采实践表明 ，机采高度在 3 ． 5 m 以上时，矿压 显现开始显著。模拟试验表明，该煤层机采高度超 过4 ． 0 m时煤壁片帮严重，所以机采高度应尽量控 制在 4 ． 0 m以下。 为了研究不同机采高度对顶煤回收率的影响， 通过 P F C模拟了煤层最大厚度 2 0 m，采高分别为 3 ． 5 m，4 m，4 ． 5 m，5 m 的顶煤 回收率情况 见 图 1 。由图可知，顶煤回收率随着采高的增加而增 大，但非线性关系；当采高由3 ． 5 m增大到4 m时， 回收率增幅较大；采高由4 ． 5 m增大到 5 m时，回 收率增幅不是很 明显。 图1 不同机采高度下顶煤回收率 [ 收稿日期]2 0 1 1 0 7 1 8 [ 基金项目]科技部 “ 十一五”科技支撑计划 “ 大采高综放液压支架研制” 2 0 0 8 B A B 3 6 B 0 3 [ 作者简介]李俊成 1 9 6 6 一 ， 男 ，内蒙古卓资县人，高级工程师，现任国电同忻煤矿有限公司副董事长、总经理。 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 0 2期 煤 矿 开 采 2 0 1 1年第 5期 综上所述，将液压支架高度确定为 4 ． 2 m，可 实现机采高度 4 ． 0 m，既能保证较高 的顶煤 回收率 又能有效控制工作面片帮和缓解工作面压力 。 2 ． 2 工作阻力确定 液压支架工作阻力分别采用理论计算、邻近矿 井矿压观测资料和数值模拟 3种方法进行确定。 理论计算采用顶板结构分析估算法。该计算方 法认 为液压支架工作阻力主要承受直接顶和顶煤的 载荷，并平衡基本顶失稳时对支架的动载影响。支 护强度计算公式为 qK d g dg h 0 ． 8 M ／ c 一1 式中，g为工作面支架所需支护强度 ，M P a ；K d 为 基本顶失稳时的动载系数 ，取 1 ． 11 ． 8 ；g d 为直 接顶 自重 ，k N；q 为支架上方顶 煤 自重 ，k N；M 为煤层一次采出厚度 ，i n ；c 为直接顶碎涨系数 。 根据 工 作 面 实 际地 质 情 况 ，取 煤 层 厚 度 为 1 4 m，则 h 0 ． 81 4 ／ 1 ． 31 3 7 n 1 由于顶煤较厚 ，基本顶动载系数取 1 ． 4 ，则 g1 ． 4 2 5 0 09 ． 83 71 3 0 09 ． 8 1 4 3 ． 8 1 ． 4 5 MP a 邻近矿井矿压观测表明来压强度为 1 ． 3 4 M P a 。 由于工作面支架工作阻力较低，工作面来压期间， 立柱安全阀开启频繁。 采用数值模拟不同支护强度下顶板下沉量得出 的合理支护强度为 1 ． 3 M P a 见图2 。 2 7 2 6 目 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 0 0 ． 3 0．5 0 ． 7 0 ． 9 1 ． 1 1 ． 3 1 ． 5 1 ． 7 工作面支护强度 a 图2 支护强度与顶板下沉量关系 综合考虑各 种影响 因素后 ，确定支护 强度为 1 ． 4 6 M P a ，对应的支架工作阻力为 1 5 0 0 0 k N 。 3 使用效果分析 8 1 0 1 工作面倾斜长度 1 9 9 ． 5 m，共使用液压支 架 1 3 3 架，于 2 0 0 9年 9月 3 0日 试生产，2 0 1 0年 1 0月底 回采结束 ，现场反馈的使用效果如下 1 顶煤回收 率分析 回采期 间试验 了多种 放煤工艺，最终采用 “ 一采一放”多轮顺序放煤， 见矸关闭放煤 口的方式 。现场观测可知 ，顶煤破碎 充分 ，容易放出，瞬时煤量大，后部输送机容易超 负荷。工作面一般安排 2个放煤 口分段放煤 ，单架 放煤时间一般为 3 4 m i n ，最长 5 8 m in 。实际顶 煤回收率约 7 8 ％。 2 工作面矿压 矿压 观测表明工作 面来 压 范围分为3个区域3 5 ～ 8 5号支架为来压强烈区， 来压强度大，持续时间长，安全阀开启频繁；3 4～ 2 2号 ，8 61 0 0号支架 ，两个区域来压强度相对较 小，持续时间相对较短，来压时仅个别安全阀开 启；两个端头区域来压不明显 ，来压时主柱持续增 阻， 但安全阀开启较少。 工作面初采期间，顶煤没有垮落，支架后方悬 顶较长，支架后柱压力大于前柱 ；开始放顶煤开采 后，支架后方悬顶 消失 ，支架前柱压力大于后 柱。 工作面来压期间，支架后柱工作阻力 明显增加 了， 来压时支架最大工作阻力基本出现在后柱。 4结论 回采实践表明，Z F 1 5 0 0 0 ／ 2 7 ． 5 ／ 4 2型液压支架 能够满足 1 01 6 m特厚煤层综放开采需要，支架 结构合理，适应工作面回采工艺及顶板控制要求。 [ 参考文献] [ 1 ]刘俊峰 ． 塔山矿特厚煤层综放开采矿压显现规律初步研究 [ J ]．煤矿开采，2 0 0 8，1 3 5 8 O 一 8 2 ． [ 2 ]闫少宏，尹希文 ．大采高综放开采的几个理论 问题的研究 [ J ]． 煤炭学报，2 0 0 8 ， 3 3 5 4 8 1 4 8 5 ． [ 3 ]陈宇 ． 高工作阻力大采高放顶煤液压支架设计研究 [ J ]． 煤矿机械 ，2 0 0 8，2 9 1 2 4 7 4 9 ． [ 4 ]范智欣 ． Z F 1 5 0 0 0 ／ 2 7 ． 5 ／ 4 2型大采高放顶煤液压支架的研制 [ J ] ． 矿山机械， 2 0 1 0 ， 3 8 2 1 1 1 6 1 1 7 ． [ 责任编辑徐亚军] 上接 5 6页 [ 2 ]康红普， 林健 ． 煤巷锚杆支护成套技术在潞安矿区的应用 [ J ]．煤炭学报 ，2 0 0 1 ，2 6 S 1 0 6 1 1 0 ． [ 3 ]康红普 ． 高强度锚杆支护技术的发展与应用 [ J ]． 煤炭科学 技术 ，2 0 0 0 ，2 8 2 1 4 ． [ 4 ]王志清，万世文 ． 单轨吊辅助运输对巷道支护的影响 [ J ]． 煤炭科学技术 ，2 0 0 3 ，3 1 5 1 9 2 1 ． 5 8 [ 5 ]张慧红，段建亭 ．单轨吊悬吊锚索的悬吊方式与受力分析 [ J ]． 矿业安全与环保，2 0 0 2 ， 2 9 1 2 2 8 2 2 9 ． [ 6 ]段建廷，马玉彬，李广兴，等 ． 全锚支护底煤巷单轨吊轨道 安装及应用 [ J ]． 矿业安全与环保，2 0 0 2 ， 2 9 2 5 7 - 5 9 ． [ 7 ]肖亚宁，王志清，林健，等 ． 锚杆支护巷道单轨吊悬吊技 术及应用 [ J ]． 煤炭科学技术，2 0 0 3 ， 3 1 8 1 6 1 8 ． [ 责任编辑 姜鹏 飞] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m