大采高综采液压支架选型的工程类比分析

大采高综采液压支架选型的工程类比分析

叶振

山东良庄矿业有限公司 山东，新泰 271219

摘要：本文主要以山西晋城地区的某实验矿井3号煤层为例，对周边矿井的3号煤层大采高综采工作面的成功案例进行借鉴和分析，将工程类比的方法应用进来，对液压支架的合理支护强度进行了确定，与此同时，对液压支架结构进行了全面的优化，使大采高工作面的安全高效开采这一目标得以根本实现。

关键词：大采高综采 液压支架选型 工程类比

前言：以晋城地区某矿井开采西组3号煤层为例，其在进行实际开采的过程中，一直是应用综采放顶煤的工艺，其存在工作面回采率相对较低的问题，而且实际的采空区遗煤量也相对较大。而在同一时期，对于周边的寺河矿和赵庄煤矿而言，其对采煤工艺进行了改革，将大采高综采工艺应用了进来，进而使3号煤层的安全高效开采得以进一步实现，并且取得了相对良好的社会效益和经济效益。

1. 工程类比法确定液压支架支护强度

在综采工作面中，最重要也最主要的一个设备就是液压支架，而且在对液压支架进行选型的过程中，不仅要对设备的先进行进行考虑，还要对性能的稳定性进行思考，确保设备的经久耐用性。

本文以山西晋城地区某矿为例，其中，最大的一个采高工作面就是3202工作面。在对支架进行选型的过程中，由于并没有相对成熟的经验，而且又通过相关文献的查询发现，并无相关的理论或者公式。基于此，该矿方以晋城地区的赵庄矿和寺河矿3号煤层大采高工作面的开采作为实例，对计算支护强度和支架工作压力的工程类比方法进行实时的确定。

1. 1. 类比案例一

就赵庄矿的1301大采高工作面而言，其工作面采用的两柱掩护式支架型号为ZY8640/25.5/55，其实际的支护强度为1.05~1.07MPa。6413kN为初撑力，其额定的工作阻力为8640kN，支架与中心的实际距离为1.75m，实际支撑的高度区间为2.80~5.50m。

根据相应的工业性试验可以发现，如表1所示，为支架实测工作阻力和支护强度占额定工作阻力和支护强度的比值。由此可见，以额定值作为基础，不论是实测的工作阻力，还是支护强度的平均值，只占据了80%~90%，其中，也存在超出额定值的情况，超出了6%~8%，所以，在该案例中，不论是支架工作阻力，还是支护强度，全部可以满足实际的1301工作面支护要求。

表1 1301工作面支架工作阻力及支护强度实测

由图1所示，为支架工作阻力频率分布图，根据图1可以发现，支架工作阻力，在处于高工作阻力区间时，其实际占据的比例相对较大，而且在1301工作面中国，支架工作阻力的富裕系数并不大。

通过对赵庄矿1301工作面支架应用效果的分析，可以得出，在灰岩矿井3202大采高工作面中，不论是支架的强度，还是支护的强度，都不可小于1.07MPa。

1. 2. 类比案例二

就赵庄矿3301大采高工作面而言。实际工作面的走向长为1024m，工作面的倾斜长为220m，其实际的煤层厚度为4.2~6.2m，平均厚度为5.5m，实际的倾斜角度为8°。在该工作面中，ZY12000/28/62D这两注掩护式支架在设计的过程中，采用的是伸缩量和二级护帮板，在对煤壁片帮进行控制的过程中，应该尽量控制到300~500mm之间，而且其局部在受到压力的过程中，实际的影响可以达到1000mm，基于此，使大采高工作面回采得以顺利实现。

1. 3. 类比案例三

就寺河矿大采高工作面而言，寺河矿2307工作面的斜面长度为220m，实际的走向长为2984m。其中，6.2m为最大的采高，而且工作面实际采用的大型高液压支架型号为ZY9400/28/62，实际的支护强度适中保持在1.1MPa以上，36.2t为重量。基于限产条件的背景，工作面的实际产量达到了78万t，平均每个月的产量为66万t。

将该矿的四盘区4301工作面进行加长，加长至300m之后，将ZY12000/28/62型号的两柱掩护式支架应用进来，可以使实际的工作面生产要求得以很好的满足。

通过以上的工程类比可以发现，在3号煤层中，对于大采高综采工作面支架的合理支护强度而言，其不可以小于1.1MPa。

2. 支架结构优化设计

首先第一点，将1.75m的中心距支架应用进来。对于大采高工作面而言，由于实际的采高相对较大，因此最急需解决的一大难题，就是支架本身的稳定性，因此，就现阶段的大采高两柱掩护式支架来讲，其总体的趋势都是在向中心距的方向进行全面发展。将1.75m、2.05m的中心距采用进来，不但可以使支架的稳定性得到大幅度的提高，还能使支架数量进一步减少，使设备投入的成本进一步降低，与此同时，还能使支架的数量进一步减少，使设备投入的成本进一步降低，最终确保移架速度得到全面的提高。

以3号煤层的顶板条件作为实际的依据，以国内外高产高效矿井的成功经验以及发展方向作为主要的考虑因素，将两柱掩护式液压支架应用进来，并且保证支架与中心的实际距离为1.75m。

其次第二点，对支架的高度进行确定，以割煤高度5.4m作为实际的出发点，确保大采高综采液压支架的高度，要保持在5.7m~5.8m这一区间，才能保证合理性，对局部煤厚6m的特点要充分考虑到，因此，将大采高综采液压支架的最大高度进行确定，为6.2m。

第三点，将整体定量和双侧活动侧护板选用进来，确保实际行程的最大值为200mm。由于3号煤层的伪顶部位属于泥岩，而且实际的厚度为0.1~0.3m，因此极其容易发生漏顶的显现，将整体顶梁家双侧护板应用进来，可以使顶板和“煤皮”得以全面和及时的封闭。

第四点，在顶梁的前端进行伸缩梁的设计，并且在伸缩梁上将二级护帮机构进行实时的铰接。对于3号煤层而言，其裂处于发育阶段，将采高进行进一步增大之后，对于煤壁片帮、架前而言，实际发生冒顶的几率进一步增加。基于此，可以将伸缩量增设到顶梁的前段，与此同时，可以在不移架时，对支护顶板进行相应的应用，但是如果发生了冒顶的现象，则可以将伸缩梁伸出来，并且插入到冒顶的部位，使更为严重的片帮冒顶得到有效的防止。将二级护帮应用进来，可以使煤壁片帮得到有效的防止。

第五点，长推杆倒装千斤顶推移机构。对支架重量进行淤积，大概可以达到45t左右，为了使移架速度得到进一步增加，使拉架力得到进一步增加，则将倒装结构应用于推移结构的千斤顶之中。

第六点，底座前段设计抬底机构。为了使支架陷入底板的情况得以预防，就要将抬底机构应用进来。

第七点，其他。在对千斤顶进行平衡的过程中，要将大缸径的油缸应用进来。对于前后的连杆而言，将分体式双连杆应用进来。在液压支柱的两个立柱之间，将防护网装置设置进来，与此同时，支架在对千斤顶进行平衡的过程中还要将相应的安全防护链设计进来。在底座上方的人行道部位，将防滑脚踏板设计进来。

综上所述，将ZY10000/28/62掩护式液压支架应用进来。如表2所示，为该支架结构的实际参数。

表2 3302大采高综采工作面支架参数

结语：本篇文章对大采高综采液压支架选型的工程类比进行了深入的饿分析和探讨。通过实际的分析可以得出结论，将ZY10000/28/62掩护式液压支架应用进来，更为合理，此外，将伸缩梁应用进来，将两级可折叠式护帮板应用进来，可以使大采高工作面片帮和顶板维护难的问题得以根本性解决，使大采高工作面的安全有效开采目标进一步实现。

参考文献：

[1]李国志,王永刚,刘林,孙立军.软弱围岩分层大采高综采面矿压显现规律研究[J].科学技术创新,2020(26):149-151.

[2]李钦,张卫东.超大采高综采工作面回撤通道设计与实践[J].山东煤炭科技,2020(08):47-49.