同煤集团同朔同盈2号煤层液压支架选型.pdf

总第 1 5 0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 2 ． 0 2 ． 0 1 0 同煤 集 团同 朔 同盈 2号煤 层 液压 支 架选 型 王洪庆 ， 乔 巨忠 大同煤矿集团公司 机电管理处， 山西 大同0 3 7 0 0 3 摘要 根据同煤集团同朔同盈 2号煤层地质条件， 合理选择支架架型， 通过三种方法计算 2号煤层合理 液压支架支护强度和液压支架工作阻力 ， 最终确定液压支架技术参数。 关键词 液压支架； 支护强度； 工作阻力； 支架主要参数 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 2 0 2 0 0 2 3 0 4 同煤集团同朔 同盈井田位于山西原平市段家堡 乡一带 ， 该矿距大运公路 6 k m， 距北 同蒲铁路轩 岗 火车站 2 5 k m， 原平至官地县乡公路从井 田南部通 过， 交通较为方便。本区地处管涔山系， 地势北高东 低， 区内最高点位于井田北部山顶， 海拨 1 7 1 0 ． 7 m， 最低点位于井 田南部的沟谷 中， 海拨为 1 4 2 5 m， 相 对高差 2 8 5 ． 7 m，地表多为黄土覆盖 ， 局部基岩 出 露。井 田位于宁武煤田宁武轩岗矿区中东部。 l 地质条件 2号煤层位于太原组顶部 ， 煤厚 05 ． 3 0 m， 平 均 2 ． 8 2 m， 结构简单 、 含 01 层夹矸。直接顶板为 砂质泥岩 ， 老顶为 粗砂岩 ， 底板为砂岩 ， 为赋存 区 稳定大部可采煤层。 2号煤层的直接顶板为厚 2～5 m左右 的砂质 泥岩 ， 抗压强度 9 9 ． 31 0 9 ． 6 MP a ， 平均 9 9 ． 4 MP a ； 抗拉强度 0 ． 5 3～1 ． 5 5 MP a ， 平均 1 ． 1 4 MP a 。老顶为 砂岩 ， 厚 4 ． 0 5～7 ． 7 8 m， 平均 6 ． 3 5 m， 抗压强度 3 5 ． 4～ 9 0 ． 4 MP a ， 平均 5 8 ． 3 MP a ； 抗拉强度 1 ． 0 1～ 1 ． 3 2 M P a ， 平均 1 ． 1 8 MP a 。底板为泥岩 ， 厚 8 ． 0 5 m 左右 ， 抗压强度 3 4 ． 6～ 3 8 ． 8 MP a ， 平均 3 6 ． 8 MP a ； 抗 拉强度 1 ． 0 5～1 ． 0 6 MP a ， 平均 1 ． 0 5 M P a 。2号煤层 的顶底板节理裂隙不发育 ， 均属坚硬岩石 ， 采 区工作 面易维护 ， 但放顶困难。 2 2 号煤层液压支架选型 2 ． 1 架型选 择 支架的架型选择应使支架与工作面地质条件相 适应 ， 支架结构与煤层赋存条件相适应 ， 支护断面与 通风要求相适应， 液压支架与采煤机、 输送机等设备 相匹配。目前， 通过国内、 外几十年来综采机械化的 发展 ， 一次采全高液压支架架型主要有两种 二柱掩 护式液压支架和四柱支撑掩护式液压支架 。这两种 液压支架与工作面 围岩相互作用有所不同， 使用条 件 、 结构特点等也有所区别。 2 ． 1 ． 1 支撑掩护式支架主要特点和适用范围 1 有两排立柱 ， 顶梁 和底座较 长， 通风断面 大 ， 但整架运输不方便 ， 采煤工作面开切眼宽度要求 大。 2 立柱支撑 效率低 ， 前后柱受力 不均匀， 容 易出现偏载现象。 3 支架的伸缩值一般小于 2 ． 1 ， 适应煤层厚 度的变化能力小。 4 支架的支撑合力距切顶线近， 切顶能力强。 5 重量大， 造价高。 2 ． 1 ． 2 掩护式 二柱 液压支架主要特点 1 单排立柱支撑 ， 加上平衡千斤顶 的作用 ， 支撑合力距离煤壁较近， 可较为有效的防止端面顶 板 的早期离层和破坏 。 2 平衡千斤顶可调节合力作用点 的位置 ， 增 强了支架对难控顶板的适应性。 3 顶梁 相对较 短， 对顶 板 的反复支 撑次数 少 ， 减少 了对直接顶的破坏 。 4 顶梁和底座较短 ， 便于运输、 安装和拆卸。 5 重量较支撑掩护式轻 ， 投资少 。 6 支架能经 常给顶板 向煤壁方 向水平 支护 力 ， 有利于维护顶板的完整 。 7 支架操作 简单 、 方便 ， 动作循环时间短， 和 电液系统配套有利于快速移架。 8 掩护式架 型一般适用 于破碎顶板及部分 中等稳定顶板 ， 且对煤层变化较大 的工作 面适应性 较强。随着两柱掩护式支架工作阻力的加大， 其适 应范围也逐步加大 ， 能较好地适应坚硬顶板 。 由于两柱掩护式支架立柱的倾斜角度较大， 过 收稿 日期 2 0 1 1 1 0 - 0 8 作者简介 王洪庆 1 9 6 8一 ， 男， 山东青岛人 ， 硕士 ， 高级工程师， 从事煤矿机电工作。 23 2 0 1 2年2月 王洪庆等 同煤集团同朔同盈2号煤层液压支架选型 第2 1卷第2期 去认为掩护式支架支护效率低于四柱支撑掩护式支 架的支护效率， 新的研究认为四柱支撑掩护式支架 由于四个立柱不可能同时受力， 实际使用中经常出 现前后立柱受力不均匀的现象 ， 甚至有时立柱受拉 ， 四柱支撑掩护式支架 的实际支护效率低于掩护式支 架的支护效率。 目前 ， 国际液压支架架型的发展趋势是高工作 阻力、 高可靠性的两柱掩护式支架 ， 不但德国一直发 展两柱掩护式支架 ， 而且美国的长壁工作 面也 已全 部采用两柱掩护式支架 ， 澳大利亚、 南非等一些传统 上主要采用支撑掩护式支架的国家也已全部改用两 柱掩护式支架。我 国神东、 鲁能河曲、 晋城 、 兖州 、 开 滦等一些新建大型现代化高产高效矿井， 也全部采 用两柱掩护式支架 。 综合上述分析， 并充分考虑同朔同盈煤业的实 际地质条件 ， 选用两柱掩护式支架 比较合理。 2 ． 2 支架高度的确定 工作面采高的确定主要依据煤层厚度 包括煤 层夹矸厚度 ， 同时要考虑设备 能力 和矿 山压力显 现状态。 2号煤层厚度为 0～ 5 ． 3 m， 平均厚度为 2 ． 8 2 m， 在矿区3 ． 0 4 ． 0 m的煤层占7 0 ％， 综合考虑确定 2号煤层采高为 2 ． 5 4 ． 3 m， 支架结构高度范围为 2． 1～4． 5 n l 。 2 ． 3 支架支护强度、 工作阻力确定 工作面液压支架支护强度的确定 ， 是综采 工作 面岩层控制的研究重点之一， 其目的是 使工作面岩 层控制在达到最优的技术经济效果 的前提下 ， 在支 架结构合理的条件下， 保证支架运行的高可靠性和 工作面的高产高效。 针对 同朔同盈煤业 的实际地质条件 ， 采用经验 估算法 、 基于顶板分类 的支护强度计算方法 、 建立在 支架与围岩相互作用关系基础之上的数值模拟分析 方法三种方法对 2号煤层开采过程中支架所需支护 强度进行计算 ， 从而确保矿井安全 、 高效开采。 2 ． 3 ． 1 经验 估算 法 按照支架 围岩相互作用关系 ， 可将工作 面支架 受力的情况简化为图 l所示的形式 ， 即支架受力分 为两部分 一是直接顶的载荷 q ， 二是老顶通过直 接顶作用于支架的载荷 q 。现分述如下 1 直接顶载荷 q， 。 Q 1 ∑ 1 式中 ∑h为直接顶厚度； L 为悬顶距； y为体 积力 。 将悬顶距 可视为支架的控顶距 L ， 则 q 1 ∑h L Y 2 4 图 1 回采工作面 的顶板压力 其支护强度载荷为 g l q l ／ L 1 ∑ 对于直接顶重量应作为支架 的载荷 ， 国内外学 者没有什么分歧。 2 老顶载荷 Q 2 。以直接顶载荷的倍数估算老 顶的载荷， 这在一般隋况下还是可行的。例如 在多数 矿井的测定中， 以一般工作面为准， 周期来压时形成的 载荷不超过平时载荷的两倍。因此， 可得出下述关系 Pg 1 q 2 n∑ - y 式中 p为考虑直接顶及老顶来压时 的支护强 度 ； n为老顶来压与平时压力强度 的比值 ， 称为增载 系数 ， 取 2 。 取 ∑ M 为采高 ， K为碎胀系数 ， 则 值一般取 刚破碎时的碎胀 系数 1 ． 2 5～1 ． 5 ， 可得 P 2 2 4 x M 48 M 根据巷道揭露煤层厚度 ， 确定 2号煤层最大采 高 为 4 ． 2 m； 顶板岩层平均密度为 2 5 0 0 k g ／ m ， p g2 5 0 0 0 k g ／ s r n ； 附加系数取 8 。支架 的合理 支护强度为 P8 X4． 2 X2 5 0 0 0 0． 8 4 MPa 此方法确定的支架支护强度应不小于0 ． 8 4 M P a 。 2 ． 3 ． 2 基于项板分类的支架支护强度计算方法 按照中华人民共和国煤炭行业标准 缓倾斜煤 层采煤工作面顶板分类 M T 5 5 41 9 9 6 附录 D “ 顶板分类对液压支架额定支护强度的要求” ， 可确 定支架支护强度下 限。 基本顶的分级指标是基本顶初次来压 当量 P ， 其值由基本顶初次来压步距 ， 直接顶充填系数 Ⅳ 和煤层采高h 按下式确定 P 2 41 ． 3 l n Lr 一1 5． 5 Ⅳ 5 2． 6 h 工作面初次来压步距可由其周期来压步距按下 式来确定 2． 45 直接顶充填系数 Ⅳ可由下式确定 N h ／h