大采高综采工作面仰斜开采液压支架适应性分析.pdf

总第 1 9 3期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 7 9 8 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 3 1 大 采高综采工作 面仰斜 开采液压支架适应 性分 析 王安 忠 山煤集 团 晋东 南分公 司， 山西 长 治0 4 6 0 0 0 摘 要 针对霍尔辛赫煤业 3 2 1 0综采工作面大采高大角度仰斜开采难题， 采用理论分析、 参数对比计算、 数值模拟等方法， 分别对仰斜开采中液压支架受力情况、 适应性 、 初撑力与围岩稳定性的关系等进行了研 究， 工程实践中采取针对性措施， 保证了工作面的安全高效开采。对大采高仰斜开采综采液压支架应用具 有一定的参考借鉴价值。 关键词 大采高 ； 仰 斜开采 ； 液压支架 ； 适应性 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 ． 2 7 9 8 2 0 1 5 0 9 ． 0 0 8 3 ． 0 2 1 工程 背景 山煤集 团霍尔辛赫煤业 3 2 1 0大采高综采工作 面位 于矿井 4 1 5水平 二盘 区． 工 作面切 眼长 度 2 2 3 ． 5 m， 巷道长度 6 2 0 m， 可采储量 9 6 ． 7万 t 。工 作面开采 3号煤层 ， 煤层厚度 5 ． 2～6 m， 平均厚度 5 ． 6 m， 煤层结构简单 ， 普氏系数 厂 平均为 1 ． 0， 节理 裂隙发育 ， 属软弱煤层 。工作面位于一背斜构造 中， 回采前期将面临仰斜开采难题 ， 运输巷侧仰角超过 1 2 。 的距离为 1 0 6 m。 其中． 距切眼 5 6 m范围内最大 仰采角度 1 6 。。3 2 1 0工作面是该矿第 三个 大采高 综采工作面， 前两个工作面均未遇到仰斜开采 问题 ， 且该矿现有大采高液压支架仅此一套 ， 液压支架能 否满足大角度仰采要求是实现工作面安全高效开采 的关键 ， 文章在借鉴前人研究成果基础上[ 卜 ， 结合 工作面工程实践对现有综采液压 支架进行分析研 究 。 2 液压支架参数 3 2 1 0大采高综采工作面液压支架具体参数见 表 1 。 表 1 液压支 架参数 3 支架受 力理论分析 1 正常回采状态 。液压支架工作过程 中， 主 要承受顶板下沉产生 的纵 向压力 F及 顶板分离运 动产生横 向力 Q 如图 1所示 ， 带有四连杆机构 的 支架纵 向压力主要 由立柱来 承担 ． 而横 向力 由四连 杆机构承担。 图 1 正常回采支架受力状态 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 6 - 1 2 作者简介 王安忠 1 9 6 3一 ， 男， 山西长治人 ， 硕士， 工程师， 从事煤炭企业管理和煤矿技术管理方面的工作。 8 3 王安忠 大采高综采工作面仰斜开采液压支架适应性分析 第2 4卷第9期 2 仰采状态。当仰采时， 支架呈现如 图 2所 示的受力状态 ， 与无仰角状态相 比． 顶板下沉引起 的 竖直力分解为垂直支架顶梁的垂直力 及平行于 顶梁的力 。 的存在必然引起底座合力作用点 的后移， 使底座前端比压降低 ， 造成支架后翻； 另外 ， 的存在将增大支架的横 向力， 使 四连杆的受力情 况加剧 ． 降低了支架控制顶板的能力 。 同时也会影响 结构件的安全系数进而发生危险。 图2 仰采支架受力状态 4 液压支架适应性分析 1 顶梁结构分析。z Y1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0型两柱掩 护式液压支架顶粱伸缩梁千斤顶缸径／ 杆径为 1 0 0 ／ 7 0 m m， 行程 8 0 0 IT i m。 一级护帮板长度 1 3 2 9 m m， 二 级护帮板长度 1 2 6 5 mm。大角度仰采时， 支架采高 控制在 4 ． 0 m， 此时支架顶梁端面距 0 ． 5 5 m， 采煤机 截渤 ． 8 6 5 I T I 。 不考虑 片帮影 响 ， 前 滚筒割过 、 未移 架时， 顶梁前端空顶距为 1 ． 4 1 5 m， 此时伸缩梁即使 完全伸出 ， 也不能完全封闭直接顶 。 因此采煤机前滚 筒割过后及时应用一级护帮板用于临时支护 ． 并根 据片帮深度打出伸缩梁， 两者合计长度达 2 ． 1 IT I ， 能 够封闭片帮深度低于 0 ． 7 n l 以下的空顶面积。根据 该矿 以往大采高综采工作面片帮深度观测 ， 片帮深 度一般不超过 1 ． 0 1 3 1 ． 因此采煤机前滚筒割过后 ， 不用 移架， 可应用一级护帮板和伸缩梁即时支护顶板， 减小 顶板暴露时间， 抑制架前冒落、 煤壁片帮现象发生， 可 见该型支架顶梁结构基本满足大角度仰采开采要求。 2 平衡千斤顶分析。Z Y1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0型液压 支架 2个正装伸缩千斤顶缸径／ 杆径为 2 3 0 ／ 1 4 0 m m， 安全阀开启值 P4 3 ． 3 MP a ， 推力／ 拉力 为 1 7 9 8 ／ 1 1 3 2 k N， 行程 6 4 0 mm。大角度仰采条件下 ， 由于两 伸缩千斤顶合力大 ， 自适应能力强 ． 因此该支架平衡 千斤顶能够满足大角度仰采开采要求。 3 推移千斤顶分析 。Z Y 1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0型液压 支架 1根倒 装 推移 千 斤 顶 缸径／ 杆 径 为 2 0 0 ／ 1 4 0 m m。 推溜力／ 拉架力为 5 0 4 ／ 9 8 9 k N 。因 S G Z一1 0 0 0 ／ 2 8 5 5刮板输送机单中部槽重量约 1 ． 5 t ， 正常情况 下推溜力 足够 。倾斜 开采最 大仰采 角度 1 8 。 条 件 下． 由于液压 支架 自重 产生 的下 滑力 为 Ws i n a 8 4 4 6 5 s i n l 8 。 1 4 4 k N W为支架 自重 ， 4 6 ． 5 t ， 考虑顶 底板的摩擦系数 厂 为 0 ． 3 ， 带压移架期间， 顶板的载荷 P按 0 ． 1 倍支架额定工作阻力考虑 ， 即 1 2 0 0 k N， 则 支架受到的顶底板向采空区方向的摩擦力为 fx 2 PW c 0 s 0 ． 3 2 X 1 2 0 04 6 5 x c o s 1 8。81 7 k N。 由此可知 。 支架受 到下滑合力为 1 4 48 1 7 961 k N。 Z Y 1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0型液压支架拉移千斤顶拉架力 9 8 9 k N， 比支架下滑合力 9 6 1 k N略大， 满足大角度 仰采开采要求 。 5 液压支架初撑力的数值模拟研究 为深入了解仰采大采高综采工作面液压支架初 撑力对工作面顶板和煤壁的影响。 使用U D E C 。 数值 模拟 软件 模拟 3 4 8 9 K N、 6 9 7 8 k N、 5 2 3 4 k N和 8 7 2 3 k N四种初撑力对仰采工作 面围岩 的影 响， 模 拟结果如图 3所示 。 图3 支架初撑力对工作面端面围岩稳定性的影响 下转第 9 3页 樊 华 坡底矿增大采高的可行性分析 第2 4卷第9期 效生产 。 确保坡底矿产能稳定 ， 一是采取增加支架高 度的方式； 二是不调整支架高度 ， 采取降低采高的方 式 ， 但降低采高会带来 以下三方面问题 根据地质资 料及坡底矿生产实践 ， 直接顶或伪顶下 5 0 0～8 0 0 m m 煤质疏松破碎 ， 采高只有 约 5 m才能保证 留煤顶开 采 ， 工作面回采率低 ； 降低采高导致综采工作面推进 速度加快， 加剧 了矿井抽掘采衔接紧张的局面， 增加 了万吨掘进率和万吨抽放进尺降低采高引起采空 区留煤增多 ． 导致采空区瓦斯增大 ， 给综采工作面瓦 斯管理增加了难度。所以降低采高不可取。 表 2 坡底矿各盘区增加资源 回收量及销售收入 统计 霉 馨 备 注 注 销售收入按 吨煤售价 7 0 0元计算 。 3 坡底矿增大采高的可行性 坡底矿大采高工作面的发展以液压支架技术升 级为主线 ， 为矿井稳产、 高产奠定了坚实 的基础。坡 底矿 2 0 0 2年 7月在首采工作面 2 3 0 1 装备第一套大 采高综采设备 ， 使用 1 3 0架德 国 D B T 5 ． 5 m两柱支 撑掩护式液压支架。由于支架支撑高度不足且为一 级护帮， 在通过软煤 区时， 工作 面出现大面积冒顶 ， 历时 3个多月才通过软煤 区， 首采工作面平均采 高 仅约 5 m， 工作面 回采率不足 8 0 ％。为加强综采工 作面顶板管理和煤帮控制， 提高资源回收率 ， 坡底矿 使用当时最大支撑高度 6 ． 2 IT I 的液压支架 。6 ． 2 i n 支架工作阻力增大， 增加二级护帮、 抽屉式伸缩梁， 可有效防治煤壁片帮、 冒顶 ， 综采工作面的回采率提 高到 9 2 ％ 。经过多年 的研究 与实践 ， 到 目前为止 ， 我 国已经研制出最大支撑 高度 8 m 的液压支架 ， 神 华集团补连塔煤矿 2 2 3 0 3工作面采高达到 7 ． 0 I n 。 是世界首个 7 ． 0 i n超大采高综采面。神华集 团、 陕 煤集团 目前 已配置多个采高 7 i n工作面。随着大采 高综采工艺 的不断发展及液压支架制造工艺 的不断 进步 ． 支架高度 的合理增加也是大采高工作面发展 的必然趋势。同时 ， 坡底矿为近水平煤层 ， 煤层普氏 系数适 中， 矿井具备大采高重型支架的提升 、 运输条 件和管理经验。综合 以上因素， 坡底矿可将支架高 度调整至 6 ． 8～ 7 ． 2 I T I 。通过加大支架支撑高度， 实 现支架对顶板有效 、 主动支撑 ， 确保综采工作面顶板 安全 通过加大支架支撑高度 ， 实现沿顶沿底 的全煤 厚开采 ， 实现矿井效益最大化 ， 保证矿井安全高效生 产 [ 责任编辑 路方] 上接第 8 4页 由图 3可知 ， 初撑力设定为额定初撑力 8 7 2 3 k N 时， 工作面顶板无 冒顶现象 ， 顶板下沉量约 3 5 0 m m， 支架端面范围顶板和煤壁保持稳定 。 初撑力设定为 6 9 7 8 k N时 。 工作面偶尔 出现冒 顶现象 ， 顶板下沉量约 4 5 0 mm， 支架端 面范围顶板 和煤壁基本稳定 。 初撑力设定为 5 2 3 4 k N时 。 工作面端面 围岩出 现小范围冒顶现象 。 顶板下沉量约 8 5 7 mm。 支架端 面范围顶板和煤壁稳定性较差 。 初撑力设定为 3 4 8 9 k N时 ， 工作面端面 围岩出 现大范 围冒顶 。 顶板下沉量约 1 2 0 0 m m， 支架端 面 范围顶板和煤壁稳定性更差。 因此依据以上数值分析结果 ， 工作面液压支架 初撑力不得小于 6 9 7 8 k N。 6 工程措施 工程实践中， 液压支架 回采期 间控制顶梁仰角 不超过 7 。 。顶板条件较差 时 ， 且必须采用带压移架 情况下 ， 合理控制带压值 ， 防止支架带压值过高导致 支架前移 困难 ， 具体根据现场顶板条件确定合理的 带压值。 根据该矿前期开采过的 3 2 0 8和 3 2 0 7两个大采 高综采工作面开采经验 ． 导致支架初撑力低的原 因 主要是供液系统线路长 ， 沿途压力损失过大 ， 因此 ， 3 2 1 0大采高综采工作面 回采过程 中． 采用“ 两进两 回” 的供液系统 ， 有效保证 了采 面液压系统 的初撑 力。 回采前期 ， 由于仰采角度过大 达到 1 6 。 ， 且配 套的 S Z Z一1 2 0 0 ／ 3 7 5型转 载机重量过大 ， 端头架在 大角度仰采中推移转载机时阻力较 大． 该矿根据工 程需要安装液压顶镐加 以辅助推移 ， 有效解决 了端 头架推移转载机阻力过大的难题 。 7 结语 该套综采液压支架 下转第 1 0 0页 9 3 2 0 1 5年 9月 刘加强等 洗选工艺系统改造技术分析 第2 4卷第9期 场上无供应 。如果损坏也不能及时得到维修。 为保证正 常生产 ， 通 过分析和现场 实际考虑 。 决定采用 电机 、 减速机、 联轴器 的驱动方式来驱动。 电机 由变频器来调节控制 ， 保证煤量的均匀输 出和 煤质控制。 该项解决方式主要优点是 1 配件灵活， 如有损坏可 以很快处理解决 ； 2 在 日常 的检修 中， 可 以很直 观地排 查 隐 患 3 检修时间灵活 ， 在 日常的检修时间内能顺 利完成 降低喷吹煤水分。 该改造主要是 在 3 0 6 N侧加设 高压风机 ， 在主 风管上焊接 1个 6分引风短管 ， 加装阀门、 活接后 ， 铺设管路至 3 0 7 、 3 0 8脱水筛前 ， 在筛前 的风管上各 安装 5个吹风喷头 。 对脱过水 的煤进行二次风力脱 水。 另外还通过 3 0 7 、 3 0 8 筛板孔径调整来加强其脱 水效果， 分别在 3 0 7 、 3 0 8 两部筛子上更换一排 1 m m 筛板 ， 提高 了精煤脱水的效率 ， 虽然增加了捞坑的负 担 ， 但也随着捞坑变频改造的实施而消除 了不利影 响 4 由变频器控制， 操作简单和很好地控制煤 2 结 语 里0 该项 目充存分利用现有库存资源对设备进行 了 完善、 改造 ， 自改造以来 ， 现场作业司机反应 良好 。 司 机在实际的操作中能很好 的控制煤量 ， 实现跳汰机 的效率最大化 。日常检修 和维护能很直接和迅速地 处理问题 ， 确保 了正常安全生产。 1 ． 6 3 0 7 、 3 0 8脱水筛加设脱水风管改造 喷吹煤水 分是煤炭质 量的一项重 要指标。 目 前 ， 该厂喷吹煤 的脱水主要是 由 3 0 7 、 3 0 8两台脱水 筛完成 ， 随着洗煤产品结构的改变 ， 由原来洗块煤改 为洗喷吹煤 ， 3 0 7 、 3 0 8脱水效果受到一定限制 ， 达不 到脱水要求， 在水分上影响商品煤质量， 给该厂经济 效益带来一定影响。 为降低喷吹煤水分， 提高商品煤质量， 在现有条 件下 ， 考虑用 6分管引高压气流 ， 利用风力对经过脱 水筛脱水 的煤进行强风吹 ， 物理方法二次脱水 ， 从而 该次工艺改造的最直接成效为 2 0 1 2年精煤产量 2 1 0万t ， 突破历史最高年产量， 较2 0 1 1 年 1 8 0 万 t 超 产 3 0万 t ， 完成 目标 的 1 1 7 ％ ， 产 品质量合格 率达 1 0 0 ％。通过这次改造， 在增加 了精煤产量 的同时 ， 也充分解决了煤泥水处理量大 ， 处理难 的问题 。 真正 实现了洗水的闭路循环 ， 实现 了煤泥水零排放 的奋 斗目标。常村煤矿洗煤厂通过本次技术改造。 既加 强了产品质量管理 ， 又实现 了精煤 回收率 和产量的 提高， 在产量与质量的交替提升的过程 中， 寻求着最 佳平衡点， 并依据市场需求进行浮动调整 ， 不但为洗 煤厂远景规划打好 了基础 ， 也 同时创造 了可观 的短 期效益 [ 责任编辑 路方] 上接第 9 3页 在 3 2 1 0大采高工作面投人生产后取 得初步成功。大采高综采工作面仰斜开采是霍尔辛 赫煤业首次进行的探索 ， 通 过科学合理 的支架受力 理论分析 、 适应性分析、 初撑力与围岩稳定性的数值 模 拟 ， 在 工 程 实 践 中， 采 取 针 对 性 技 术 措 施 。 Z Y l 2 0 O O ／ 2 8 ／ 6 0 D Z Y G1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0 D、Z Y Dl 2 o 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0 D 型液压支架在大采 高综采工作 面仰斜开采 中应用效果较好 ， 满足大角度仰斜开采要求 ， 回采期 间煤炭 日产量稳定在万吨 以上 ， 液压支架未 出现倒 架、 下滑、 顶板冒顶和煤壁大范围片帮等现象， 实现 了大采高仰斜工作面的安全高效开采。该工程对同 类地质条件下 ， 大采 高仰斜开采工作 面液压 支架 的 l 0 0 应用具有一定的参考借鉴价值 。 参考文献 [ 1 ] 马其华． 大仰角综采设备适应性改造技术研究 [ J ] ． 煤 矿机械 ， 2 0 0 9 9 1 7 8 1 8 0 ． [ 2 ] 解满锋 ， 韩月强， 许谦． 7 ． 2 m大采高液压支架的现 场应用与适应性分析[ J ] ． 煤， 2 0 1 4 6 6 8 7 0 ． [ 3 ] 王军， 赵光明， 郭会敏． 7 m采高液压支架的稳定性 分析 [ J ] ． 煤矿机 电， 2 0 1 4 3 5 9 6 1 ． [ 责任编辑 路方]