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滑移顶梁液压支架放顶煤采煤法 来源未知 发布者佚名 发布日期2011-4-20 1409 浏览次数111 滑移顶梁液压支架是介于单体液压支柱和机械化液压支架之间的种过渡型支架。它与单体液压支柱相比，顶梁和支柱均可自移，从而大大减轻了支护和回柱工作的繁重体力劳动，提高了支回效率。它与机械化液压支架相比，装备同样一个工作面投资很少。50年代到60年代初，西方主要采煤国家由单体支柱向综采液压支架过渡时，滑移顶梁液压支架也作为过渡型的支架曾在煤矿中使用过。我国白1983年北京矿务局木城涧矿成功地采用滑移顶梁液压支架以来，在条件合适的煤矿中，得到迅速推广和应用。 滑移顶梁液压支架是由单体液压支柱和滑移顶梁组合而成，主要部什有前梁、后梁、弹簧钢板、推移油缸和外注式单休支柱，见图4-6-14。一架滑移顶梁液压支架可具有3根、4根、5根或6根单体液压支柱。按其卸载方式，用于放顶煤采煤法的滑移顶梁液压支架有以下三种。 抬腿式滑移型。支柱用Φ100mm的双供液外注式单体液压支柱，两个宽200～500mm的框形顶梁用厚30～40mm的弹簧钢板连接起来。支架迈步过程见图4-6-15。 不卸载移梁型。其特点是支柱可以在顶梁的仟何位置支设，并且移架时，支柱可以不卸载，仍支撑着顶板。移架方式是抽出前梁下方的“方形钢”5，移前梁，再移支柱，然后移后梁后柱，见图4-6-16。 并列滑移型。每组有两架滑移支架，以一个能相互滑动的机构连接。见图4-6-17。 目前，我国已用于放顶煤采煤法的滑移顶梁支架有HDY刑系列产品、HJ22型和SSZJ-1型，其仁要技术特征见表4-6-6。 一、应用实例 1.靖远王家山矿急倾斜厚煤层滑移顶梁放顶煤采煤法 王家山矿三号井34032放顶煤工作面开 采深度140～200m，煤层平均厚度10m，倾角50～60，煤层节理发育，硬度f1。煤层直接顶为灰、深灰色泥质粉砂岩，松软、裂隙发育，层理不发育，厚15m左右，老顶为砂岩。煤层底板为灰、灰白色粉砂岩、页岩。 按急倾斜厚煤层水平分层采煤方法开采系统布置巷道。分段层厚度10m，其中开帮高度2m，放顶煤高度8m。工作面平均长度10m，使用兰州煤矿机械厂制造的HJ22型滑移顶梁支架，最大控顶距4.4m， 最小控顶距3.6m。开帮进度0.8m，放顶煤步距4.8m。工作面主要设备布置见图4-6-18。 工作面开帮采用打眼放炮落煤。放炮后，铺金属顶网，网长10m，宽0.8m。网之间长边对接，短边搭接，搭接长度0.3～0.5m，用两股14铁丝联接。开帮装煤后，开始移溜移架。每开帮5～6次，即4～4．8m放顶煤次。放顶煤时在滑移顶梁后方金属网上剪放煤口。采用多轮顺序放煤，即第一轮从丁作面煤层底板一端依次向顶板端进行，先放出顶煤的1/2，然后象第一轮一样再进行第二轮放顶煤。通常二轮放完，有时三轮放完。一般情况下开两个放煤口交替进行放煤。 34032滑移顶梁放顶煤采煤法工作面与该矿原来的水平分层采煤法和摩擦金属支柱放顶煤采煤法相比，改善了作业条件，减轻了劳动强度，安全，掘进率和材料消耗大幅度下降，单产、效率和回采率有较大提高。其经济指标对比见表4-6-7。 2.涟邵芦茅江矿三号井斜切分层放顶煤采煤法 三号井设汁生产能力为15万t/a，穿岩斜井单水平上下山开拓。滑移顶梁放顶煤布置在1135工作面，煤层倾角45～77，平均60，厚度2.8～6.Om，平均4m。煤层顶板为泥岩或炭质泥岩，底板为炭 质泥岩或细砂岩。煤层有瓦斯突出和煤尘爆炸危险。为了减轻攉煤劳动强度，工作面以斜切分层形式布置，工作面倾角12，斜长9m。因工作面斜长短，仅布置有运输平巷，无回风平巷。使用CYZ-70-1型三柱式滑移顶梁支架，架间距0.6m。开帮落煤采用打眼放炮，护顶铺设金属网，工作面搪瓷槽溜煤，不铺设输送机。放顶煤步距0.7m，放煤口尺寸450700mm。与原斜坡采煤法相比，其主要技术经济指标都有较大提高，见表4-6-8。 二、工艺和参数 滑移顶梁放顶煤工作面回采工艺主要包括打眼放炮或坑采开帮、挂网和铰接顶梁、攉煤移溜移架和剪口放出顶煤。 打眼放炮开帮落煤，炮眼一般布置为三花眼，眼深由开帮进尺而定。放炮前应悬挂胶带保护支架。有些矿工作面使用采煤机，工艺改进，效率更高。 护顶网一般多用金属网，也有用塑料网和竹芭的，但易发生漏矸现象。网应铺平铺直，且超出支架前0.2m，以便搭接。护顶网铺设质量好与本段层和下分段煤炭回收率的提高和含矸率的降低有密切关 系。铺网后接着挂铰接顶梁，及时支护暴露出的顶煤。 工作面开帮攉煤后，即可移溜移架，移架顺序如前所述。顶梁必须移平稳，谨防倾斜。 剪口放顶煤是工作面最重要的工序，因为放顶煤的产量不仅占工作面产量的绝大部分，而且放顶煤工艺复杂，处理不当会使顶煤回收率下降。 支架后方顶煤松散程度是放顶煤效果好坏的关键。顶煤松散程度与煤层埋藏深度、煤的强度、节理发 育程度、分段厚度等因素有关，但主要受煤层性质和埋藏深度的影响。当顶煤较硬不能在地比作用下及时完全地在支架后方冒落时，部分顶煤将无法回收而损失掉。为此，要放震动炮松动顶煤，强制冒落，提高放顶煤效果。震动炮炮眼沿工作面放煤线倾斜向老塘上方打，倾角60～70，深度视顶煤厚度而定，由2m到8m不同。对于冒落下来的大块顶煤，采用补小炮和被筒炸药爆破方法再破碎，以期达到最理想的放顶煤效果。 急倾斜厚煤层放顶煤开采，不沦采用水下分段层布置，还是斜分段层布置，靠近煤层底板都有一个三角煤区，这部分煤不易自然冒落，而且随着煤层倾角的变小，厚度变薄，三角区煤炭所占的比例 会增大。如靖远王家山矿，煤层平均厚度l0m，倾角50～60，分段厚度l0m，其三角煤所占比例竟达20～25％之多。底板三角煤同样也要采用放震动炮强制放落的办法。王家山矿采用在放顶煤前一次打5个扇形眼，眼深4.5m，倾角70左右，装药0.9kg。 当煤层松软时，顶煤冒落放出固然容易，但片帮冒顶却变得突出。如四川凉山益门矿，煤层倾角57，厚度30～35m，硬度f0.5，开帮2m，放顶煤6m，滑移顶梁支架间距0.65m，开帮进尺0.8m，虽仅用手镐落煤，靠煤壁处冒顶片帮时有发生，冒顶状如流沙，冒高达1～2m才趋于稳定。为此，将煤壁由铅直调正为75～80倾角，开帮落煤顺序也改为先挖下部三角煤，再挖上部三角煤，以便及时打贴帮柱。见图4-6-19。贴帮柱位置在两支架的架间，铰接顶梁不再挂在支架前铰上，而与贴帮柱为一组，见图4-6-20。调整后，有效地控制住了顶煤，消除了片帮冒顶以及采高超挖现象。 要使滑移顶梁放顶煤丌采获得最佳经济效益，还必须合理地确定以下参数。 1.采放高度比 确定采放高度比实际上是确定顶煤厚度，因为底层厚度和水平分层开采时的分层厚度相同。合理的顶煤厚度应使开采底层时顶煤能充分松散，以利于顶煤顺利放出，从而获得较高的回采率。设底层开帮厚度为h1，顶煤厚度为h2，则顶煤松散的充分条件如式4-6-7所示 由此可知，当底层开帮厚度为2～2.5m时，顶煤最大厚度不要超过13～16.3m。我国滑移顶梁放顶煤采煤法的采放高度比大都在13～16.5范围内，见表4-6-9。 各矿煤层的赋存条件和物理力学性质不同，其采放高度比应有各自的最佳值，应根据一般规律试验确定。采放高度比太大固然顶煤难以充分松散，但太小，放顶煤不仪失其优点，而且回收率降低，含矸率增高。如萍乡青山矿西382采区，煤层平均厚度8.5m，硬度f1.5，当分段高度为5m，即采放高度比为10.9时，放煤混矸严重；当分段高度增至10～15m，即采放高度比为13～14.5时，放煤混矸少，放煤顺利。 2.放煤步距和放煤门间距 放煤步趴和放煤口间距分别为工作面推进方向和工作面长度方向上放煤口之间的距离，其合理值是松散顶煤活动规律的综合反映。具顶煤放出规律如前所述。 对于滑移顶梁放顶煤工作面，一般放煤口之间的距离以大于椭球体宽度A，小于2A较合适。当椭球体高长轴为10m时，其短轴半径为1.5m左右，故放煤口间距在1.5～3.0m范围内为益。我国部分急 倾斜滑移顶梁放顶煤工作面放煤口之间的距离见表4-6-10。 滑移顶梁放顶煤工作面最佳放煤步距和放煤门间距应在生产中通过试验确定。如靖远王家山矿原设计放煤步距为2.4m，但因工作面长度短，推进速度快，支架后部顶煤不能及时冒落，矸石常涌人悬煤下 方，造成含矸率增高，回收率降低。为此，进行厂加大放煤步距的试验，见表4-6-11。可知，该工作面放煤步距在4.0～4.8时产量高，回收率好，煤质好。当放煤步距超过5m时，顷煤上部矸石往往提前冒 落，提前堵闭放煤口虽然降低丁含矸率，但丢煤较多。 3.放煤顺序 放煤顺序是放顶煤采煤法最重要的工艺之一，其工艺特点及方法人体上如前节所述。其放煤顺序有三种 顺序单轮放煤即白底板端沿丁作面依次向顶板方向放煤，每个放煤门一次把椭球体内煤放出。工作面斜切布置时，自下向上进行。 顺序多轮放煤沿工作面第一轮放煤时，仅放椭球体煤量的1/2或1/3，接着再放第二轮，仍为1/2或1/3煤量。顺序既可依次由底板端直放到顶板端，也可放过若干放煤口后就开始下一轮放煤。一般二轮放完，但也有达四轮的。 间隔折返单轮放煤放煤门自底板向顶板依次编号，先放奇数放煤口，然后再放偶数放煤口；或先放I、Ⅲ放煤口，再放Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ，接着放V、Ⅶ、Ⅸ，依次类推参看图4-6-11。 上述三种放煤顺序，顺序多轮放煤和间隔折返单轮放煤效果好，尤其间隔折返单轮放煤工序简单，煤炭损失少，因为在I、Ⅲ放煤口放煤时，含矸少，在U放煤口放煤时，工人容易通过目测控制含矸率，及时封闭放煤口。 4.放煤口位置及断面尺寸 放煤口高度对工作面回收率有很大影响，高度每提高0.5～1.Om，则放顶煤体积减少14.3～27.5％，因此，剪放煤口时，高度应尽量放低，使其下缘紧靠后输送机的上缘。 在沿工作面推进方向上，应使放煤椭球体相互错开，因此，相邻循环放煤口位置最好错开布置。 放煤口断面多采用正方形，或400400mm，或500500mm，也有10001000m的。有的剪成矩形，如450700mm。从提高回收率和缩短放顶煤工序的时间考虑，放煤口越大越好，但断面尺寸要受支架架距，封口难易和装煤率的制约。 三、滑移顶梁的稳定性及安全措施 滑移顶梁液压支架不是厚煤层放顶煤的专用支护设备。从稳定性上看，在工作面推进方向上，它由顺梁把几个单体液压支柱联为一体，在工作面长度方向上，架与架之间缺乏联系，因此，滑移顶梁支架抵抗由各种原因产生的水平推力的能力很差，和单休支柱没有本质上的差别。据统汁，摩擦支柱和单休液压支柱工作面顶板死亡事故率分别比综采液压支架工作面高7.3和2.4倍。使用滑移顶梁支架进行放顶煤开采，如使用不当，同样也难以保证工作面的安全生产。事实上，我国应用滑移顶梁放顶煤开采的工作面，已有重大冒顶事故发生。事故多属推垮性冒顶，其特点是十几架或几十架支架在无明显预兆情况下突然失稳倾倒，而并非压坏。显然，支架失稳的原因是因为有水平力作用在支架上，当水平推力大于支架仅仅依靠其支撑力而产生的横向抵抗力时，支架将倾倒。影响滑移顶梁支架稳定性的因素很多，所应采取的安全措施也各异。 1.顶煤向采空区方向的水平位移 放顶煤工作面矿压观测和相似模拟实验表明，顶煤放出经历三个阶段，即节理裂隙发育阶段，裂隙贯通破断阶段和破碎放出阶段。与其相对应的顶煤位移量可分为稳定增加、加速变化，最后急剧增长。顶煤位移不仅是垂直方向上的下沉，而月-伴随有向采空区方向的水平移动。水平移动和顶煤下沉一样，愈靠近放煤线，其值增加梯度愈大。图4-6-21为新疆六道湾矿放顶煤工作面所观测的5m层位顶煤位移曲线。顶煤的水平位移对滑移顶梁支架的稳定性是很不利的。 急倾斜厚煤层放顶煤外采，一般工作面周期来压不明显，特别是当顶煤厚度不大时，由于顶煤在控顶区剧烈下沉和支架的反复支撑，下位乃至整个顶煤破坏，支架所受的力仪为顶煤和其上散体煤矸的重量，工作面无周期性压力显现。当顶煤厚度较大时，顶煤和顶底板就会形成结构，结构的失稳有可能造成明显的来压显现。周期来压会使顶煤水平位移增加，支架失稳，给工作面安全带来威胁。预防的简单办法是在平巷进行预测预报，因为在上覆煤岩层结构失稳即工作面来压前，平巷必然有明显的矿压显现。 2.底层开帮和放顶煤工序 开帮和放顶煤是对支架稳定性影响最大的两个工骗子。观测表明，这两个工序都会使滑移顶梁支架发生偏斜，其中放顶煤工序的影响大于采煤工序。放顶煤时，支柱特别是后柱的支撑压力降低，如有矸石向工 作面涌出，对支架产生向煤壁方向的推力，而煤壁因向前推进或片帮又无约束反力时，支架就易发生向煤壁倾倒的推垮型冒顶事故。反之，如放顶后金属网布支架后方被碎矸压在底板上且处于拉紧状态时，就容易出现支架向采串区侧倾倒事故。一次放顶煤过量，使顶煤切顶线前移，造成支架后梁与顶梁接触长度减小，前后受力不均，也会引起支架失稳而发生推垮事故。 3.支架初撑力和初倾角 滑移顶梁支架和单体支柱不同，其特点是每开一次帮要卸载前移一次，这不仪使顶煤多次反复支撑，而全使支架几乎始终处于初撑状态。从保护顶板煤完整性上讲，滑移顶粱不如单休支柱好。顶梁和顶煤间的摩擦力是支架水平位移的抗力，因此支架稳定性与初撑力有很大关系。初撑力与支架立柱倾角在循环内变化曲线见图4-6-22。该曲线是华亭矿213机采放顶煤工作面的观测结果。由图可以看出，不管是沿着工作面长度方向还是推进方向，初撑力越人，立柱倾角变化的绝对值越小，支架的稳定性也就越好。在213了作面条件下，当初撑力达110kN时，支架倾角变化基本在1以内；当达到额定初撑力即157kN时，倾角基本保持不变。足见移架时使支架达到额定初撑力对于滑移顶梁支架稳定性的重要。大量矿压观测表明，由于泵站压力和操作原因，滑移顶梁放顶煤工作面支架初撑力普遍偏低，一般仅为额定初撑力的1/3左右。由于初撑力低，支架工作阻力仪为支架额定工作阻力的1/4左右。表4-6-12为靖远王家山矿3403工作面支架初撑力和工作阻力实测值。这样低的初撑山和工作阻力，对于滑移顶梁支架的稳定性是不利的。有些矿通过提高泵站压力和采用二次注液等手段，使支架初撑力提高到额定初撑力的60％，虽然提高不少，但仍有较大的富裕量。立柱插底也是初撑力和工作阻力低的一个主要原因，有的矿用Φ300mm分离式铸钢底座，对防止插底有一定作用。滑移顶梁放顶煤工作面应把支架初撑力视为衡量支架架设质量的重要内容。 架设支架时，立柱和工作面顶底板法线问存有夹角。除迎山角外，这个夹角是由移架操作不当造成的。移架时的初倾角不同，支架在工作过程中倾角变化也有差异。根据华亭矿观测统计，支架立柱的初倾 角有一个合理范围，在观测工作面的条件下，立柱沿工作面长度方向和推进方向初倾角分别在2和3范围内，支架在支护过程中的倾角变化最小。 支架倾角的变化还直接影响支架的工作阻力，该工作面调查表明，沿工作面长度方向，立柱最佳倾角是向煤层顶板方向偏斜1.2～3.5，沿工作面推进方向，立柱向煤壁和老塘偏斜分别不要超过1和3.5。因为在上述偏斜角范围内，支架支撑力较大。可见，滑移顶梁放顶煤工作面，支架移动架设时初倾角应严格控制，不要超过最佳范围。 另外，支架顶底板接触面不平整，顶梁、底座与顶底板接触不在支架几何中心，支架会因偏载而导致歪斜、倾倒。支架与顶底板均匀接触，不仅使丈架处于良好的受力状态，而民也增加了支架与顶底板的磨擦力，因而也增强了支架的稳定性。移架时，应根据顶底板状况，采取必要措施，使顶梁底座与之接触紧密均匀。当工作面有倾角时，顶板煤沿倾斜方向刘‘顶梁会产生侧向作用力，因此移架要防止顶梁下滑歪斜。 4.支架结构 放顶煤开采对支架的稳定性要求高，因为放顶煤开采，顶煤既是维护的刘象，又是要破碎的对象。滑移顶梁支架结构的不稳定性正是它用于放顶煤开采的主要缺陷。特别是有的滑移顶梁液压支架底部设计成球座联接，其稳定性就更差。这种球座联接的滑移顶梁不适用于放顶煤采煤法。一些矿井在使用中把球座联接改为固定联接，稳定性明显增加。改善滑移顶梁支架稳定性应从支架结构本身研究，才能满足厚煤层放顶煤采煤法的需要。 四、技术经济评价 滑移顶梁液压支架初期投资小，仅为机械化液压支架的1/3～1/5，特别在我国煤矿资金不充足的情况下，可以达到投入少、产煤多的日的。 放顶煤开采的分段高度一般可达10m或更多，比用水平分层开采少掘部分平巷和溜煤眼，掘进率至少减少3/4。同时，工作面开帮放顶煤一次采过，不仅节约大量护顶网和坑木，而月-工作面生产能力大幅度提高。 滑移顶梁支架体积小，重量轻，结构简单，安装、折卸、搬运方便，支架实现自移，既减轻了工人的体力劳动，又能较好的适应煤层厚度的变化。 滑移顶梁放顶煤工作面底层落煤方式选择灵活，既可以采用采煤机落煤，也可以采用放炮落煤、风镐落煤。 总之，在条件合适的急倾斜煤层，如我国江南煤层地质条件复杂，煤炭储量小，有不少急倾斜煤层和鸡窝煤层；西北地区煤炭储量充足，急倾斜厚煤层特厚煤层所占比例人，在这些地区，可适当推广滑移顶梁放顶煤采煤法。 要特别指山的是，滑移顶梁非放顶煤的专用支架，许多方面与放顶煤采煤法不相适应。首先，滑移顶梁支架自身稳定性差，又反复卸载支撑顶板煤，破坏顶板完整性，影响工作面安全；其次，象单体支柱一样，易插入底板煤，影响支撑阻力的提高；第二，移架时要多次卸载和注液，移架工序多，速度慢；第四，支架使用寿命短，支架的弹簧钢板和支柱顶梁连接件易损坏。由于滑移顶梁支架自身的缺点，虽然我国有些矿把滑移顶梁支架推广使用于缓斜厚煤层放顶煤开采，并已取得了较好的经济效益和积累了一些经验，但目前尚处于试验阶段。放顶煤采煤法的发展要求研制一种性能完善、稳定性好，造价又不太高的“经济型”放顶煤液压支架今年5月已在甘肃靖远局十家矿通过这类支架的技术鉴定。滑移顶梁放顶煤工作面单产目前大多数还徘徊在2万t以下，进一步研究滑移顶梁放顶煤工作而支架一围岩相互作用特点，探讨放顶煤开采合理参数和采煤工艺，提高科学管理水下，仍是采矿下作者所面临的课题。