大倾角软煤层综采放顶煤支架的选型设计与使用.doc

大倾角软煤层综采放顶煤支架的选型设计与使用2004-5-170:00:00中国煤炭作者：孙金柱高有进
综采放顶煤在我国已获得巨大成功,但是,在大倾角、软煤层、多断层、有仰采俯采的复杂地质条件下，用综采放顶煤技术实现高产高效尚未见报道。平煤集团十三矿在这种条件下进行了大胆探索,取得了较好的效果。现将有关情况介绍如下。
1平煤集团十三矿的地质条件
十三矿是平煤集团新开发的矿区,设计年产为180万t。根据已探明的地质资料,地质条件相当复杂,煤层倾角15°～38°,煤层赋存起伏变化大。煤层厚度4～8m,平均厚度6m左右,顶板为砂质泥岩,底板为粉细砂岩。中间有0.05～0.2m3层夹矸。首采11020工作面,煤层厚度4.23～7.53m,平均厚度5.88m,倾角15°～28°,煤质硬度f=0.8～1.5,顶板伪顶为砂质泥岩,厚0～1m;直接顶为Ⅱ类,砂质泥岩,厚1.3m,垮落步距12m;老顶为Ⅱ级细中粒砂岩,厚8～12m,初次来压步距35m;底板为粉砂岩与细砂互层,厚9～12m,抗压强度3.4Mpa。该工作面内有大小断层15条,其中落差5m以上的有两条。从首采面的地质条件可以看出,煤层倾角大,煤质软,断层多,且沿工作面走向起伏变化大。在这样的条件下实现综放工作面高产高效的难度是相当大的。
2支架的选型与支架的结构设计
2.1对支架的要求
针对平煤集团十三矿煤层地质条件及矿区发展规划的要求,选择合理、适用的支架架型就成为我们发展综放技术能否成功的关键。通过对目前国内外有关综采放顶煤液压支架的调研考察,对11020工作面放顶煤液压支架架型提出如下要求:
(1)支架要有较高的稳定性和抗扭性能,并配备可靠的防倒防滑系统;
(2)回收率要高,能实现采放平等作业;
(3)工作时产生的煤尘小;
(4)有较好的仰采、俯采性能;
(5)放煤口通畅,操作灵活可靠;
(6)保证足够的通风断面。
根据以上要求选定了后四连杆型式的低位放顶煤液压支架架型。
2.2支架工作阻力的计算与确定
由于11020工作面是平煤集团十三矿首采综放工作面,在确定支架的工作阻力和支护强度时,采用了平煤集团与之相似的工作面的矿压资料进行计算。
(1)按支护重量计算
根据首采工作面条件和架型可知:开采煤层计算采高h1=2.5m,顶煤高度h2=3.5m,控顶距长L=4.55m,折算岩层高度h3=9m,支架宽度b=1.5m,煤的容重γ=14kN/m3,岩石容重,γ1=25kN/m3。将上述数据代入式P=K(Q1+Q2)......(1)式中:P——支架工作阻力,kN/架;
K——动载系数,取K=2·cosα,(α为煤层倾角,取25°),
Q1——顶煤重量(Q1=h2·L·b·r),
Q2——折算岩层重量(Q2=h3·L·b·r1)。
经计算:P=3149.7kN/架
(2)按支护强度折算
支护强度的计算依照实测统计法按式q=k·n·m·r进行计算。
式中:q——支架的支护强度,kN/m2
k——安全系数，取k=1.2～1.5;
n——折算系数，n=9.768M-0.79;
M——煤层全厚，m;
γ1——岩石容重，取25kN/m2。
经计算,则：
q=1.5×9.768×6-0.79×6×25=533.6kN/m2=0.54MPa
按测算出的支护强度，支架的工作阻力应为：
P=qH(2)
式中：q——支架测算出的支护强度,
H——支架正常的有效支护面积。
则有：P=533.6×3.95×1.5=3161.8kN/架
通过以上计算，支架的工作阻力确定为3200kN/架。
2.3结构设计
在支架的架型、工作阻力确定之后，结合矿上使用要求对支架的结构设计提出了如下设想：
(1)支架总体运输长度小于4.6m，支架重量小于11.5t，保证支架整体下井和运输；
(2)采用Y型前连杆、I型后连杆的四连杆机构，保证支架有足够的稳定性和抗扭性；
(3)支架后部有足够的空间，保证过煤高度和后部输送机正常工作及维修；
(4)支架的顶梁、掩护梁具有较好的封闭性能,防止漏煤、漏矸及冒顶；
(5)放煤机构采用尾梁带插板形式；
(6)支架有较大的拉架力、推溜力；
(7)支架底座前后均设置防滑千斤顶联接装置，顶梁前部设置防倒千斤顶联接装置；
(8)考虑到煤层的特点和厚度，支架的结构高度取1.6～2.8m；
(9)支架带有先进可靠的喷雾系统。
根据以上要求，郑州煤矿机械厂为十三矿设计制造了ZFS3200/16/28型低位放顶煤液压支架。
3ZFS3200/16/28型低位放顶煤液压支架的主要技术参数及结构特点
3.1结构图(图1)和主要技术参数图1支架结构图
ZFX3200/16/28低位放顶煤支架主要技术参数:
高度/mm1600/2800
工作阻力/kN3200
初撑力/kN2844
中心距/mm1500
支架宽度/m