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开采装备 ZF15000/27.5/42 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 037000 ［ 摘 要］ZF15000/27. 5/42 型放顶煤液压支架针对 10m 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 8101 工作面煤层平均厚度 14. 13m，采用大采高综放开采，机采高度 控制在 4. 0m 以下，支架的支护强度确定为 1. 46MPa，对应的支架工作阻力为 15000kN。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］ TD355. 44［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201105- 0057- 02 Characteristic of ZF15000/27. 5/42 Full- mechanized Top－coal Caving Powered Support and Its Application Effect LI Jun- cheng Guodian Tongxin Colliery Co. ，Ltd，Datong 037000，Datong AbstractZF15000/27. 5/42 full- mechanized top- coal caving powered support was developed for over 10m thick coal- seam， which has the largest working resistance and supporting height． In 8101 mining face of Tongxin Colliery，coal- seam is averaged 14. 13m and was mined with the of full- mechanized caving mining with 4． 0m mining- height． Supporting density of the powered support is 1. 46MPa and corresponding working resistance is 15000KN． Application on- the- spot showed that its supporting density and structure characteristic could meet the requirement of strong underground pressure in extremely- thick coal- seam and reached expectant effect． Keywordsextremely- thick coal－seam;full- mechanized top－coal caving mining;powered support;top- coal recovery ratio ［ 收稿日期］ 2011－07－18 ［ 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” 2008BAB36B03 ［ 作者简介］ 李俊成 1966－ ，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。 1问题的提出 同煤国电同忻煤矿 8101 工作面煤层厚度 11 ～ 23. 64m，平均厚度 14. 13m，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≤10m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。 2ZF15000/27. 5/42 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. 5m 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. 0m 时煤壁片帮严重，所以机采高度应尽量控 制在 4. 0m 以下。 为了研究不同机采高度对顶煤回收率的影响， 通过 PFC 模拟了煤层最大厚度 20m，采高分别为 3. 5m，4m，4. 5m，5m 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. 5m 增大到 4m 时， 回收率增幅较大;采高由 4. 5m 增大到 5m 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 75 第 16 卷 第 5 期 总第 102 期 2011 年 10 月 煤矿开采 Coal mining Technology Vo1. 16No. 5 Series No. 102 October2011 综上所述，将液压支架高度确定为 4. 2m，可 实现机采高度 4. 0m，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 q Kd qd qc h 0. 8M /c1－ 1 式中，q 为工作面支架所需支护强度，MPa;Kd为 基本顶失稳时的动载系数，取 1. 1 ～ 1. 8;qd为直 接顶自重，kN;qc为支架上方顶煤自重，kN;M 为煤层一次采出厚度，m;c1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 14m，则 h 0. 8 14 / 1. 3 － 1 37 m 由于顶煤较厚，基本顶动载系数取 1. 4，则 q 1. 4 2500 9. 8 37 1300 9. 8 14 － 3. 8 1. 45 MPa 邻近矿井矿压观测表明来压强度为 1. 34MPa。 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. 3MPa 见图 2 。 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. 46MPa，对应的支架工作阻力为 15000kN。 3使用效果分析 8101 工作面倾斜长度 199. 5m，共使用液压支 架 133 架，于 2009 年 9 月 30 日试生产，2010 年 10 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 ～ 4min，最长 5 ～ 8min。实际顶 煤回收率约 78。 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35 ～85 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;34 ～ 22 号，86 ～100 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，ZF15000/27. 5/42 型液压支架 能够满足 10 ～ 16m 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，2008，13 5 80－82. ［ 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，2008，33 5 481－485. ［ 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，2008，29 12 47－49. ［ 4］ 范智欣 . ZF15000/27. 5/42 型大采高放顶煤液压支架的研制 ［J］ . 矿山机械， 2010， 38 21 116－117. ［ 责任编辑徐亚军 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ］ 上接 56 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，2001，26 S 106－110. ［ 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，2000，28 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，2003，31 5 19－21. ［ 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，2002，29 1 228－229. ［ 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，2002，29 2 57－59. ［ 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，2003，31 8 16－18. ［ 责任编辑姜鹏飞］ 85 总第 102 期煤矿开采2011 年第 5 期
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