近距离煤层开采工作面的支护技术.pdf

第 2 6卷第 1 期 2 0 0 6年 3月 山西煤炭 S H A NX1 00A I ． Vl0 I _ 2 6 No． 1 M a r ． 2 0 0 6 近距离煤层开采工作面的支护技术 刘开宇 大同煤矿集团公司四台矿， 山西 大同 0 3 7 0 0 7 摘要 总结 了近 距 离煤层 开采 工作 面 不 同于一般 煤层 开 采面 的矿压 特征 ， 介 绍 了根 据 特殊 地 质 条件 开发新 支护 设备 的技 术 思路 及 其 结构特 点 。 关键 词 近 距 离煤 层 ； 支护技 术 ； 矿压 特征 中 图分类 号 8 2 3． 8 1 文献标 识码 A 文章 编号 1 6 7 2 5 0 5 0 2 0 0 6 0 1 0 0 3 4 0 2 目前， 近距离煤层已逐步进入开采期或待开采 期， 这些煤层的开采对煤炭生产起着重要的作用。 但是， 近距离煤层的开采仍采用长壁法， 一般的支护 设备不能满足其支护要求， 开发一种新型近距离煤 层开采支护设备便成为当务之急。 1 近距离煤层开采的矿压特征 以大同王村矿为例， 近距离煤层顶板薄， 直接顶 为细砂岩， 层理发育， 下部还有伪顶， 状态不稳定， 受 支撑后易过早破碎。顶板破碎后， 支架有两种受力 形式 一是顶板受支撑后， 在顶梁全长上全部破碎， 此时， 支架要承受上层已垮落顶板岩石的全部作用， 这种形式在顶板很薄时或无顶板时出现； 二是顶板 受支撑后， 靠老塘侧部分破碎， 此时， 支架仅靠顶梁 后部承受上层已垮落顶板岩石的作用， 而顶梁前部 则因未破碎以悬臂形式承受着上部载荷而不受外载 作用， 这种形式在顶板相对较厚时容易出现。 在上述两种受载形式中， 第一种形式类似于破 碎顶板条件下支架的受力， 而第二种形式则是近距 离煤层开采所特有的。这两种受载形式在开采中经 常出现， 这也就决定了近距离煤层矿压的特殊性。 ， 2 技术 思路 由于近距离煤层开采的特殊性， 所以在进行其 支护设备的研究设计时， 除要满足一般支架在支护 性能、 动作功能及设备配套等方面的要求外， 重点要 针对特殊的矿压特点来进行分析， 找出解决问题的 方法， 从支架的整体结构以及局部结构上去适应特 殊 的外载形式 。 2 ． 1 合理选择支架架型 近距离煤层的顶板基本上属于不稳定型顶板， 外载的显现呈现多种不同状态， 外载的作用位置时 常因顶板的垮落形式不同而发生前后变化。根据这 些情况， 再结合煤矿过去开采近距离煤层的支护经 验， 决定把适宜在不稳定条件下使用且能适应多种 支护工况的二柱掩护式支架确定为所选架型。 2 ． 2 保持特殊条件下支架的正常支护状态 一 般二柱掩护式支架基本都存在着顶梁后部支 护能力弱、 主平衡区较窄、 对外载作用位置变化适应 能力较小的弱点。而近距离煤层开采的矿压显现特 点则正是外载作用在支架后部的情况居多， 且外载 作用位置变化大。如果使用普通设计的二柱掩护式 支架， 就容易出现支架后部因承载能力弱而屈服的 顶梁“ 放大跑” 状态 ， 被支护顶板就会 因顶梁后部下 沉太多而过早破碎， 致使切顶线较大前移， 使顶板管 理难度加大； 支架 自身也处于受力不利的支护状态， 平衡千斤顶还常会因此而被拉坏。为此， 提高支架 后部支撑能力， 保持顶梁、 掩护梁和平衡千斤顶三者 在一定外载作用下的稳定三角结构关系， 以确保支 架的正常支护状态是设计的关键。这可从两个方面 着手 一方面， 在设计时， 应尽可能缩短支架后部水 平尺， 以减少支架后部承受的外载； 另一方面， 合理 确定平衡千斤顶拉力的大小， 并合理布置其结构的 位置， 以使顶梁、 掩护梁和平衡千斤顶的稳定三角关 系变得较牢固， 同时还能加大支架受力主平衡区的 宽度。 收稿 日期 2 0 0 5 0 9 ． 1 5 作者简介 刘开宇 1 9 6 4 一 ， 男， t la 西阳高人， 大学， 工程师， 主要从事采煤技术研究工作。 维普资讯 筇 1 期 刘开宇 近距离煤 开采工作面的支护技术 3 5 2 ． 3 合理选择支架初撑力的大小 为减缓顶板的下沉， 一般顶板的初撑力都设计 得较高， 达工作阻力的 8 0％以上， 而本支架的初撑 力设计却不能这样仿效。因为近距离煤层的顶板较 薄， 且状态不稳定， 支架初撑力太高时容易将不厚的 顶板顶透或顶碎， 这对顶板的支护管理不利。因此， 本支架的初撑力设计较低， 仅以使顶板不致下沉过 快为准； 但同时还得兼顾推溜和拉架的力量要求。 若初撑力设计低了， 泵站工作压力就低， 就要导致千 斤顶的力量变小， 这是一对矛盾。本设计采用了降 低泵站压力 降低初撑力 而加大推移千斤顶缸径的 方法解决此矛盾。 2 ． 4 使用大流量快速移架系统 近距离煤层顶板很薄， 状态又极不稳定， 当采煤 机割煤过后， 新暴露的顶板如得不到及时支护， 就会 发生架前顶板破碎而漏顶的事故。为此， 本设计除 采用及时移架支护方式外， 还设计了大流量快速移 架系统 移架速度在 l 0 s 碟 以内 ， 使支架在采煤机 过去后 1 0 S 内就能及时前移， 对暴露的顶板进行及 时支护。 3 支架的性能参数及结构特点 3 ． 1 主要技术参数 支架形式 两柱掩护立 即支护式 ； 支架高度 l 4 0 0 mm--2 3 0 0 m m； 支架中心距 l 5 0 0 m m； 初撑力 3 0 7 8 I N P 2 5 MP a ； 工作阻力 5 0 0 0 k N P4 0 ． 6 MP a ； 支护强度 0 ． 6 4 2 MP a ～0 ． 8 7 5 MP a ； 对顶比压 1 ． 0 3 MP a ； 支架重量 l 2． 7 t。 3 ． 2主要结构特点 a ． 支架整体结构合理， 特别是后部承载能力大， 顶梁、 掩护梁和平衡千斤顶 3 者的三角结构稳定性 好， 在顶梁后部顶板破碎下承受 1 2 倍采高的散体岩 熏时仍能保持稳定正常的支护状态， 有近似于支撑 掩护式支架的受力特点。 b ． 支架主平衡区宽度大。主要工作高度范围内 平衡区宽度保持在 6 5 0 m m以上， 对外载作用位置 变化的适应力强， 适宜在多种压力显现下工作。 c ． 支架初撑力仅为工作阻力的6 1％， 适于管理 较薄顶板。 d ． 移架速度在 l 0 s 左右， 移架很快， 便于及 时支护。 e ． 支架底座前端设有“ 彭达尔” 靴， 极大降低了 底座前端比压， 避免了底座钻底现象， 提高了支架的 移进性能。 f ． 支架顶梁、 掩护梁均采用固定侧护板结构， 简 化了支架结构和操作， 提高了梁体的可靠性， 满足了 虽不稳定但破碎呈大块状的顶板支护要求。 g ． 顶梁和掩护梁连接处设计机械限位机构， 保 证平衡千斤顶在极端工况下也不会被拉坏。 4 生产使用效果 由于充分考虑了近距离煤层的特殊矿压特征， 并进行了有针对性的结构设计， 所以该支架在井下 近距离煤层开采工作面的生产使用中， 工作状态良 好， 有效地管理了工作面较薄的顶板。在大同王村 矿 3 个工作面历时 1 ． 5 a 的开采使用中， 没有发生 过机道漏顶事故， 切顶线始终保持在支架立柱与顶 梁铰点之后， 保证了生产的正常进行； 支架自身也保 持了良好的状况 ， 移进速度快。在厚度 1 6 m左右和 近距离煤层开采中， 取得了平均月产约 5 万 t 的好 成绩。这与原普通支架开采 2 ． 5 m厚的近距离煤层 时月产仅为 1 ． 5 万 t 左右的成绩相比提高了数倍。 S u p p o r t T e c h n i q u e i n t h e F a c e s a t Cl o s e d i s t a n c e S e a ms LI U Ka i y u S i t a i Mi n e ， D a t o n g C o a l G r o u p ， D a t o n g S h a n x i 0 3 7 0 0 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e s p e c i a l s t r a t a i n t h e f a c e s a t c l o s e d i s t a n c e s e a ms a r e c o n c l u d e d． t h e t e c h n i c a l s c h e me a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f n e w t y p e s u p p o r t e q u i p me n t u s e d u n d e r s p e c i a l g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s a r e i n t r o d u c e d ． Ke y wo r d s c l o s e d i s t a n c ea ms ； s u p p o r t t e c h n i q u e ； s t r a t a 本文责任编辑刘新光 维普资讯