大倾角软煤层综采放顶煤支架的.doc

大倾角软煤层综采放顶煤支架的选型设计与使用平煤集团十三矿副矿长孙金柱郑州煤矿机械厂副厂长高有进
摘要平煤集团十三矿首采工作面煤层倾角大、煤质软、断层多,在这种条件下实现综采放顶煤的高产高效尚无先例。介绍了郑州煤矿机械厂为该矿设计的综采放顶煤液压支架的结构特点及技术参数,以及平煤十三矿首采工作面的设备管理、采煤工艺及使用效果。关键词大倾角软煤层综采放顶煤综放支架选型设计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/m2k——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,则有：,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