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2 0 1 0 年第5 期 中州煤炭 总第 1 7 3 期 湖西矿井Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0 型掩护式液压支架设计研究 史春 丽 ， 刘长 春 ， 孙 攀 ， 张立超 郑 州煤矿机械 集团股份有 限公 司， 河南 郑 州4 5 0 0 1 3 摘要 根据湖西矿井的地质条件 、 煤层赋存情况 以及煤质类型进行 了支架选 型及 参数计算 ， 并针对 3 1 1 0 1 煤 层工作面顶板破碎 易冒顶、 底板较软 的地质特 点， 确定 了液压支架 的结构 ， 研制 了Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型掩护式液 压支架。应用结果表 明 该支架结构合理 ， 可靠性高， 操作和使用 方便且人性化 ， 该支架 的各项性能指标 满足 湖西 矿 井 的 要 求 。 关键词 大采高 ； 支护强度； 液压支架 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 0 0 5 0 0 1 6 0 2 De s i g n a n d S t u dy o f ZY6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0 S h i e l d i n g Hy dr a ul i c S up p o r t i n Hux i Co a l M i n e S hi Ch un l i ， L i u Ch a n g c h un， S u n Pa n， Z h a n g Li c h a o Zh e n g z h o u C o a l Mi n e Ma c h i n e r y G r o u p C o ．， L t d ．， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 3 ， C h i n a Ab s t r a C t B a s e d o n t h e g e o l o g i c a l c o n d i t i o n ， c o a l s e a m o c c u r r e n c e c o n d i t i o n s a n d c o a l q u a l i t y t y p e s i n Hu x i C o a l Mi n e， t h i s p a p e r ma d e a n a l y s i s f o r s e l e c t i o n a nd p a r a me t e r c a l c u l a t i o ns o f t he s u p p o rt t y pe o n 3 1 1 01 wo r k i ng f a c e i n c o a l s e a m． Ac c o r di n g t o t h e c o n d i t i o n s t h a t t h e r o o f wa s un s t a b l e a n d e a s y t o f a l l ， t h e flo o r wa s a l s o s o f t ， t h e s up p o r t s t r u c t u r e s we r e d e s i g n e d a n d ZY68 0 0 ／2 4 ／5 0 s h i e l d i n g hy d r a ul i c s u p po wa s d e v e l o p e d． Th e r e s u l t s ho we d t ha t t h e s t r u c t u r e i s r e a s o n a b l e a n d h a s hi g h r e l i a bl e s t a bi l i t y， a n d o f c o n v e n i e nc e 0 p e r a t i o n， a nd a l l p e rfo r ma n c e i n d e x e s c a n me e t t h e de ma n d s o f Hu x i Co a l Mi n e ． Ke ywo r ds l a r g e mi n i n g he i g ht ； s u pp o rti n g d e n s i t y； h y d r a u l i c s up p o 山东省岱 庄生建 煤矿湖 西矿井位 于鲁 苏两省交 界 ， 处 于微 山县及 鱼 台县 境 内。含煤 地 层 为下 二 叠 统 山西 组和上 石炭 统 太 原组 ， 共 含 煤 2 1层 ， 主要 可 采煤层有 3 、 1 2 、 1 6煤层 共 3层。其 中 3 煤层 最厚 ， 最大厚 度 7 ． O 0 m。 湖西矿井现主采 3 煤层， 煤层赋存平缓 ， 顶板 一 般为泥岩或石灰岩 ， 属于中等稳定和稳定类型 ， 底 板为 炭 质 泥 岩 或 砂 质 泥 岩 ， 也 较 稳 定 ， 煤 层 厚 度 3 ． 5 0～ 7 ． O 0 m， 平 均 5 ． O 0 m。煤 质 以亮 煤 为 主 ， 镜 煤、 暗煤次之 ， 裂隙较发育 ， 性脆， 易碎 ， 煤层较软 ， ／ 为 1 ． 5左右 。该煤 层 属 易 自燃 煤层 ， 且 煤 层 发火 期 较 短 ， 在 生产过 程 中应 特别 重 视煤 层 自然 发 火 的威 胁。湖西矿井首采面为 3 1 1 0 1工作面 ， 设计走向长 1 6 0 0 m， 倾 向长 1 6 8 m， 煤 厚 大多 在 4 ． 5 I n左 右 ， 因 此工作面采高较大。 为提高工作面采出率及井下作业集 中度， 结合 工作面生产条件 ， 该矿采用工作 面一次采全高的采 收 稿 日期 2 0 1 00 2 2 5 作者简介 史春丽 1 9 6 8 一 ， 女， 黑龙江克 山人 ， 工程 师 ， 1 9 9 1年毕 业于吉林工业大学 ， 现从事液压 支架设计工作 。 1 6 - 煤方式开采。液压支架合理选型是综采成功的重要 保证 ， 是工作面实现高产高效的关键设备 。郑州 煤矿机械集团股份有限公司针对湖西煤矿的实际开 采情况 ， 设计了 Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型掩护式液压支架。 1 支架设计基本原则 1 抗压性 能 。湖 西 矿井 现有 工 作 面埋 深 8 0 0 m左右 ， 矿压显 现 明显 ， 同时根 据湖 西矿井 冲击地 压 具有轻微冲击倾向性的特点 ， 支架应尽量选用大流 量 、 工作 阻力 大 的液压 支架 ， 从而确 保工作 面 的有 效 支 护和 防止 冲击 地压灾 害 的发 生 。 2 支架防滑、 防倒性能。湖西矿井煤层倾 角 大多在 1 2 。 ～1 5 。 ， 大采高支架 的稳定性问题是支架 能否连续 作业 的关键 。 因此 ， 在选择 时 ， 应 考虑到 支 架的防滑、 防倒性能。 3 支护的灵活性和支护强度 。由于湖西矿井 属于深部开采 ， 其煤层软、 破碎， 在采用大采高生产 时易 出现片帮 问题 。因此 ， 支 架选择 时 ， 架 顶梁应 采 用 滑移 顶梁 ， 尽 量提高 支护 的灵活性 和支 护强度 。 4 阻抗力 。在 基 本 顶 裂 断 来 压 过 程 中 ， 要 防 2 0 1 0年第 5期 史春丽等 湖西矿井 Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型掩护式液压支架设计研究 总第 1 7 3期 止 空顶 区 刮板 机道 直 接顶 板 破 碎 冒落 ， 支架 的阻 抗力 应足 能保 证 “ 内应力 场 ” 范 围 ， 使 煤 壁 承受 的压 力 达到最 低 的可能 值 。也就 是要 使支 架 的阻抗力 能 达 到保证 顶板 的高 速沉 降和 回转 在断 裂线 进入采 场 控 顶 区 后才发 生 。 5 支架立 柱 的允 许缩 量 。立柱 应 有 一定 的允 许缩 量 ， 否 则在 上位 岩 梁 来 压完 成 时 ， 会 出现 “ 压死 支架 ” 现象 。 6 外形 尺 寸 。 考 虑 到 湖 西 矿 井 设 计 井 型小 ， 井筒 受一 次提 升能 力 和 提 升 尺寸 限制 ， 要 求 在 保证 支护 强度 等 的前 提下 ， 支 架外形 尺 寸应尽 可 能小些 。 2 支架参数计算 。 2 ． 1 支护 高度 最大高度 Mms ， 。其中， m为工作 面设计 采高 ， 4 ． 8 m； S ． 为伪顶或浮煤冒落厚度 ， 一般取 2 0 0 m m。 将数据代入公式 ， 得支架支护高度 M 5 ． 0 I I 1 。 2 ． 2 支护 强度 1 直接 顶作 用力 P 。 P M y 0． 0 3 4 MPa 式 中 ， 为直 接顶厚 度 ， 2 m； 为 直接 顶 板 岩体 平 均容重 ， 2 6 k N ／ m ； f z为考虑 支架 合力 作用 点位 置和 采 空 区悬梁 的力矩 系数 。 f z -- 爰 0 ． 6 7 其 中， 为支架 有 效 控顶 距 ， 取 4 ． 6 I l l ； L 。 为 支 架合力 作用 点距 煤壁距 离 ， 取 3 ． 4 I l l ； L 为支 架悬 顶 距 ， 这 里取 0 。 2 岩梁下沉到底给支架的作用力 尸 。 PB ME T E CE o ． 5 。 9 MPa 式 中， 为岩梁厚度， 2 0 n l ； y 为岩梁体平均容重， 取 2 6 k N ／ m ； C 为岩梁裂断来压 步距 ， 取 9 1 13 ； K 为考虑支架承担岩梁重力的比例系数 ， 取 2 。 3 工作 面支 架支 护强度 P 。 P A P 0 ．6 9 o ．9 0 M P a 式 中 ， A h 为 岩梁 裂断 处触 矸时 的采 场顶 板下 沉 量 ， mm； A h 为 要求控 制 的采场 顶板 下沉 量 ， m m。 AhA ／Ah BCE 2 ／CE l1 ． 3 1 ． 7 其中， c 。 为下位岩梁来压步距 ， 9 m； C 为上位 岩梁 来 压步距 ， 1 ． 3～ 1 ． 7 c 。 。 2 ． 3工作 阻力 支 架工作 阻 力 P阻P L B ／ I 。其 中 ， P 为支 护 强 度 ， 取 0 ． 9 4 MP a ； L为控 顶距 ， 取 4 ． 6 i n ； 为支 架 宽 度 ， 取 1 5 0 0 m m； 7 7 为 支架 支撑效 率 ， 取 0 ． 9 5 。 将数据代人公式 ， 得支架工作 阻力 尸口 6 7 9 3 k N。 根据支架支护强度 的选取原则 ， 支架工作阻力 P阻 6 8 0 0 k N。 3 设计方案 3 ． 1 架型 根据湖西煤矿的地质条件及煤层赋存情况 ， 借 鉴国内高产高效工作面支架选型经验 ， 大采高工作 面应 选用 稳定 性较 好 的掩 护 式 支架 ， 底 座 为带 抬 底 座千斤顶的加长刚性底座 。根据 以上参数计算 ， 结 合湖 西矿 井 实 际 情 况 ， 研 制 了 Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0掩 护 式液 压支架 ， 该 支 架 为 正 四 连杆 掩 护 式 支 架 。工 作 面全部采用大工作阻力 、 整体顶梁带伸缩梁和可反 转 1 8 0 。 的 二级 护 帮板 ， 顶 梁 侧 护 板 、 掩 护 梁 侧 护 板 为两 侧活 动侧 护板 ， 支架 中心距 为 1 5 0 0 m m； 同 时 ， 两巷 采用加 强 支护措 施 ， 改变 电机 方 向 ， 取 消端头 支 架 ， 使 得整 个 工作 面的支 架都 采用 同一类 型的支架 。 3 ． 2 支 架参 数 Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0掩护式液压支架采高为 2 4 0 0～ 5 0 0 0 m m， 中心距 1 5 0 0 mn l ， 宽 l 4 3 0～1 6 0 0 mil l ， 初 撑 力 5 0 6 6 k N， 工作 阻 力 6 8 0 0 k N P 4 2 ． 3 MP a ， 支 护强 度 0 ． 9 4～0 ． 9 6 MP a ， 对底 板 比压 0 ． 9 7～ 2 ． 0 5 M P a ， 操 纵 方 式 为 手 动邻 架 操 纵 ， 泵 站 压 力 3 1 ． 5 M P a ， 适应倾角 [ ／／ , ]1 ； 掩护梁前连杆处断面安全系数 n 3 ． 6 1 2 4 5～ 6 0 m ／ 月 ， 沿 空 掘 巷 为 9 01 2 0 m ／ 月 ， 平 均 在 1 1 0 m／ 月 以上 ， 比正常 煤 巷掘 进 提 高 了 1 0 9 ． 5 ％ ， 大 大 缓解 了采 掘接 替压 力 。 7 结 语 通 过对 梁北 矿极 软高 突厚 煤层 5 ． 0 i n大采 高综 采 一 次采全 高开 采条 件下 的沿 空掘 巷技 术进行 研究 和实践 ， 取 得 了成 功 经验 ， 进一 步完 善和 丰富 了沿空 掘 巷技 术 。 1 在极软高突厚煤层大采高一次采全高开采 条 件下 ， 采用 沿空 掘巷 技术 安全 生产是 可 控 的 ， 也是 较好的顶板控制手段。这种条件下 ， 窄煤柱的合理 宽度为 3～5 m， 顶板条件具备时取 2～3 I l l 也完全 可 以 。 2 沿 空 掘巷滞 后 于 回采结 束 4～6个 月 ， 采 空 区顶 板 已经基 本稳 定 ， 不影 响掘进 。 3 沿空掘巷顶板控制是关键 ， 在合理的煤柱 宽度条件下 ， 锚索支护效果好 ， 支护和煤柱宽度应相 互结 合综 合考 虑 ， 效 果更 好 。 4 针 对 高 突 煤 层 ， 采 用 沿 空 掘 巷 可 以 减 少 防 突工程量 ， 大大减少防突时间， 提高循环进度 ； 同时， 也可 以提 高煤 巷单 进 水 平 及 工效 ， 缓解 采 掘 接 替 压 力 ， 实现 高产 高效 。 责任 编辑 秦 爱新 [ n ] 2 ． 5 。 5 结 语 由于 在设 计 中考 虑 了湖 西 矿 井 的实 际情 况 ， 并 对种种 不 利条件 提 出 了较 可靠 的解 决 方 案 ， 研 制 的 Z Y 6 8 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型液压支架适合生建煤矿湖西矿井 现有 地质 和生产 条 件 ， 解 决 了湖 西 矿井 存 在 的 煤发 火期 短 、 易 自燃 的难 题 ， 同时通 过矿 井生 产 中机 械化 程 度 的提 高 ， 大 大减少 了井 下作 业人 员 ， 具 有推 广应 用 价值 。 参考 文献 [ 1 ] 王国法． 液压支架技术 [ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 朱凤志 ， 张惠民， 王国法 ， 等． M T 3 l 2 2 O 0 0液压支架通用 技术 条件[ S ] ． 北京 中国标准出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 丁绍南 ． 液压支架设计 [ M] ． 北京 世界图书出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 4] 陈中恕 ， 曹 铁生． MT ／ T 5 5 6 -- 1 9 9 6液压 支架设计规 范 [ S ] ． 北 京 中国标准 出版社 ， 1 9 9 6 ． 责任编辑 郭海霞 23
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