浅埋深大采高长工作面综采支架设备选型与参数研究

史红宇

（山西中阳钢铁集团中钢煤业公司，山西 吕梁 033400）

浅埋深大采高长工作面综采支架设备选型与参数研究

史红宇

（山西中阳钢铁集团中钢煤业公司，山西 吕梁 033400）

针对某矿51101综采面的地质条件和开采条件，根据支架的受力特征，确定了支架的工作阻力和初撑力，通过对采场顶板移近量的预测，支架底座对工作面底板的比压选定，以及支架的移架周期和推移步距计算，进而选定了支架的架型，从而为该矿综采面的支架选型提供了依据。

大采高；长工作面；综采支架

1 工作面概括

51101工作面的煤层的平均赋存深度139m，工作面长300m，煤层厚度平均6 m，赋存较稳定，采用大采高综采，设计生产能力1 000万t/a。直接顶一般为泥岩或细砂岩，厚度平均为12.12 m，老顶为中砂岩或粗砂岩，厚度平均为9.17m。

2 大采高长工作面配套液压支架的选型的主要原则

支架架型结构与工作面煤层赋存条件相适应；液压支架对顶板的支护强度与顶板破断运动规律相适应；支架的支撑高度与工作面采高相适应；支架电液控制系统的技术性能（主要指跟机移架循环周期）与工作面高速推进的生产技术条件相适应；支架的可靠性（主要指实际大修周期和实际使用寿命）必须与高产高效工作面的生产要求相适应；支架运输尺寸、搬运方式及支架自重与矿井辅助运输条件相适应；支架通风断面与工作面通风要求相适应。

3 浅埋深大采高长工作面综采支架选型与参数确定

3.1 液压支架结构型式的确定

根据神东矿区大采高超长面的矿压特点和近年来引进支架的使用情况，51101综采工作面配套液压支架结构型式宜选用两柱掩护式。

3.2 支架工作阻力的确定

对于长壁综采工作面，顶板岩层的垮落与破断运动规律决定了采场矿压显现强度大小。而采场矿压显现规律则主要取决于煤层采高、顶板的直接顶和老顶岩层的岩性强度与厚度等参数，同时取决于工作面的开采面积范围等。

（1）直接顶载荷倍数确定法

按照长壁工作面的关键岩层控制理论，51101综采面采高6.0m，直接顶的厚度12.12 m，则液压支架应该具有的额定工作阻力P为：

式中：Ks为安全富裕系数，2.0；B为支架的宽度，m；L为支架的长度，m；K为来压动载系数；γ为上覆岩层的平均体积力，kN/m3；Σh为直接顶垮落厚度，m。

代入数据得，

P=2.0×4.5×2×23.6×12.12=9010kN/架.

（2）关键岩层控制理论确定支架阻力

在考虑老顶细砂岩岩性与强度所决定的周期来压步距的情况下，在老顶厚度9.17m，根据顶板柱状实际情况，均布载荷按老顶本身自重考虑，

则q=9.17×23.6=0.22mPa.

老顶岩石抗拉强度为2.60 mPa，一般周期来压步距为LC=18.35m，此时支架应该具有的工作阻力为

（3）应用中国《缓倾斜煤层顶板分类试行方案》中支护强度确定支架阻力

在《缓倾斜煤层顶板分类方案》中，支架支护强度的回归计算公式为：

式中：hm为工作面采高，m；L0为工作面来压步距，m；Be为支架控顶距，包括机道宽度，m；N为直接顶与采高之比。

51101综采面，采高hm=6.0 m，初次来压步距L0=44.58m，支架最大控顶距Be=5.55 m（顶梁长+前探梁长），直接顶与采高之比（采空区充填系数）N=2.02，带入参数可得该工作面煤层的额定支护强度为：

取1.2的安全系数，需要的额定工作阻力P为

综合上面的分析，预测的支架工作阻力分别为9 010 kN/架、8 588 kN/架和11 429 kN/架，为此认为支架合理工作阻力应为9675kN/架。

3.3 支架初撑力的确定

一般初撑力可按下式确定

根据该矿区所用液压支架的初撑力比例实际，DBT和JOY支架一般均为0.7，因此选用支架初撑力应为6773kN/架。

3.4 采场顶底板移近量的预测

按照51101综采面岩层结构条件，周期来压时期的老顶岩层极限下沉量为

根据综采工作面顶板的线性下沉规律，在不考虑直接顶弹性变形的情况下，工作面支架控顶处（支架尾端）的最大下沉量为：

式中：LZ为周期来压步距，按18.35m进行计算。

如果按照一般全部垮落法开采的顶板下沉预计公式，则

据此预测，51101综采面顶板下沉量为715 mm～833 mm之间，若再考虑底板的鼓起量100 mm，则工作面的顶底板相对移近量应为815 mm～933 mm。

3.5 支架底座对工作面底板的比压适应性

支架底座对工作面底板的比压以矿区在用的液压支架的底座比压作参考，采用类比法选定。选定情况见表1。

表1 神东矿区液压支架底座比压对比

从表1可以看出，该矿区目前在用液压支架的平均比压为2.0mPa～2.5mPa。这些支架已经应用多年，配合提底座机构的应用，支架底座对工作面底板条件的适应情况良好。因此，大采高超长综采面支架的平均底座比压可参考选定为小于2.5mPa。

51101工作面煤层底板砂质泥岩的抗压强度为32.48 mPa，考虑工作面俯斜开采时积水影响，其软化系数为0.75，则砂质泥岩底板受水的影响强度降低为24.36 mPa，按照中国煤层底板分类，1-2煤层底板属于IV类中硬底板。该底板岩层强度为支架比压最大值和平均值的9.0倍和12.2倍，可见底板岩层满足支架比压的要求，不会发生支架陷底，影响工作面推进速度的情况，能达到采面高产高效和快速推进的目的。

3.6 支架移架循环周期

液压支架的跟机移架速度必须满足采煤机割煤时的平均牵引速度，即不得低于7.72m/mi n。

液压支架一个降架-移架-升架循环的周期t可以采用下式计算：

式中:v为采煤机平均截割牵引速度7.72m/mi n；A为支架中心距，1.75m。

3.7 支架推移步距

液压支架的有效推移步距应与采煤机的截深相配套，采煤机选型计算推荐采用0.865 m截深的滚筒，因此对应液压支架的有效推移步距应为865 mm。

4 结论

对于51101综采面6 m采高和300 m长工作面，支架合理工作阻力应为9 675 kN/架，初撑力6773 kN/架；液压支架的有效推移步距应为865mm；移架速度必须小于13.6 s/架；底座对底板平均比压小于2.5mPa。

51101综采面支架可选用DBT液压支架，其型号为2l eg-shi el d，支撑高度2.7m～6.0m，支架宽度1.75m，工作阻力2×5170 kN，推移步距865 mm，控制方式，Pm4电液控制系统，移架速度8s。

[1]阎少宏.综放工作面支架工作阻力确定的理论应用[J].煤炭学报.2002，（2）:64-67.

[2]徐万军.通安煤矿综采工作面液压支架选型与计算[J].煤炭技术，2008，（12）:22-24.

[3]仲志善.牛西井技改首采面综放支架选型[J].煤，2007，（5）:21-24.

Model Selection and Parameter Study of Fully-mechanized Mining Support Equipments on Shallow-bury-deep Large Mining Height Long Faces

SHI Hong-yu
(Zhongyang St eelCoalCo.ofShanxiZhongyang St eelGroup,,Lvl i ang Shanxi033400)

O n the geological and mining condition of N o.51101 fully-mechanized driving face and stress features of support, w orking resistances and setting loads of the support are determined. Then, by prediction of roof displacement, selection of the load ratio of support's base to floor, and calculation of advancing cycle andpropelling space of the support, one model is chosen, w hich provides the evidence for model selection in fully- mechanized w orking face.

l arge mining height;l ong working face;fully-mechani zed mining support

TD355+.41；TD355+.42

A

1672-5050（2010）12-0067-03

编辑：刘新光

2010-09-15

史红宇（1969—），男，山西夏县人，本科，工程师，从事煤矿生产安全技术管理工作。