ZF9000/23/50型液压支架在深部厚煤层综放工作面开采中的研究与应用

周中平，曹士喜，李洪伟

（山东能源枣庄矿业集团，山东　枣庄　277000）

ZF9000/23/50型液压支架在深部厚煤层综放工作面开采中的研究与应用

周中平，曹士喜，李洪伟

（山东能源枣庄矿业集团，山东枣庄277000）

摘要：田陈煤矿北七采区煤层埋藏深、煤层厚，断层发育，地压显现明显，尤其工作面两端头犄角处的顶板破碎，管理困难。通过合理选择支架架型，使深部综放工作面顶板得到有效控制，实现安全高效生产。

关键词：深部厚煤层；综放工作面；支架选型

1　工作面概况

3下7110工作面位于田陈矿北七采区中部，工作面煤层底板标高- 630— -740m，为深部开采；煤厚3.5—9.0m，平均6.5m，煤层中大部分含有一层0—0.5m厚的泥岩夹矸；掘进期间共揭露22条断层，受此影响，局部煤体破碎，节理裂隙发育。煤层直接顶为粉沙质泥岩，厚0.1—4.0m，老顶为中细砂岩，厚66—100m，直接底为粉沙质泥岩，厚约3.3m。采用综采放顶煤工艺，全部跨落法管理顶板。

2　工作面液压支架的选型

2.1架型的选择

根据地质条件，工作面支架必须满足以下要求：液压支架有较高的稳定性和抗扭性能；煤层厚度大于2.5—2.8m时，顶板有侧向推力，应使用支撑掩护式支架；便于提高回采率，能够采放平等作业；能够良好护好破碎顶煤，防止漏空；有良好的仰采、俯采性能；产生煤尘小并且保证足够的通风断面；能够提供合理的行人空间、设备空间、以及后部运输机的维修空间。

根据以上要求选定后四连杆型式的低位放顶煤液压支架架型。

2.2工作阻力的确定

液压支架工作阻力确定的基本条件：煤层厚度为3.5—9.0m，采煤高度3.1—3.5m，放煤最高高度5.5m，最大采深740m，煤的坚固性系数f=2.0。

（1）根据液压支架支撑冒落带顶板岩层和顶煤的重量，并平衡基本顶失稳时对液压支架的动载，计算液压支架所需的支护强度：

q= Kd（q冒 + q顶）

式中：q —工作面液压支架所需支护强度；

Kd — 基本顶失稳时的动载系数，根据相邻工作面矿压观测结果，取1.5；

q冒 — 冒落带岩层自重应力，q冒=r顶·h，r顶 为顶板岩层体积力，取25KN·m-3；

h — 垮落顶板高度，据顶板性质及相邻已开采工作面垮落情况，取20.5m；

q顶 — 液压支架上方顶煤自重应力，q顶=r煤·Md，r煤为顶煤体积力，取13.0KN·m-3；

Md — 顶煤最大厚度，取5.9m。

代入上式可得q=883.8KN·m-2。综合理论计算和实际观测数据，取液压支架的额定支护强度应不低于900KN·m-2。

（2）由于MG400/930-WD采煤机和SGZ-830/800前部运输机及电缆槽等配件的占有2150mm宽度；为便于清理支架底座与挡煤板间卫生，加大与液压支架距离到450mm；再加到底座箱后立柱长度，最终确定顶梁长度为5050mm；根据确定的支护强度和工作面配套尺寸，确定液压支架合理工作阻力P：

P=q·B（Lk + Ld）/Ks

式中：P为支架工作阻力，KN；

q为支架所需的支护 强度，KN·m-2；

Lk为端面距，0.34m；

Ld为顶梁长度，5.050m；

B为支架宽度，1.5m；

Ks为液压支架支撑效率，取0.98。

代入上式可得：7425KN。根据以上计算及国内液压支架的标准，取液压支架额定工作阻力为9000KN。

2.3支撑高度的确定

（1）根据工作面煤层厚度，为增强顶煤的冒落性，加大采煤机割煤高度，适当增加采放比。拟定割煤高度为3.1— 3.5m。则支架的最大高度必须支撑起最大采高H max ：

H max = h max + a = 3.5+ 0.3= 3.8m

式中：h max— 最大割煤高度；

a — 考虑煤机割煤后，煤皮掉落后，支架仍有可靠初撑力所需要支撑高度的补偿量，厚煤层取300mm；

（2）在煤层较薄区域，实现一次采全高，则支架必须能够通过最低采高H min；

H min =h min-S2-b-c = 3.1-0.2-0.1-0.1= 2.7m

式中：h min — 最小割煤高度；

S2— 顶板最大下沉量，顶煤厚时取最大0.2m；

b— 支架卸载后，活柱伸缩余量，取80mm—100mm；

c — 支架顶梁存留的破碎煤块或矸石厚度，取50mm—100mm；

（3）支架支撑高度确定在2.3—5.0m，能够随煤层的变化调整采高，有效的控制采放比，对于煤层较薄区域可实现的一次采全高。

根据以上各部分的分析总结，最终确定选用ZF9000/23/50型支撑掩护式低位放顶煤液压支架。如下图：

图1　ZF9000/23/50型支架

3　ZF9000/23/50型液压支架

3.1性能参数

支 护 高 度　2.3～5.0m　支 撑 宽 度　1.43～1.60m初　撑 力　7755KN　工 作 阻 力　9000KN支 护 强 度　0.41～2.33MPa　对 底 板 比 压　1.16～1.18MPa

3.2结构特点

（1）工作阻力大，初撑力为7755KN，能够有效地控制顶板下沉量，具有较强的稳定性和抗扭性能；（2）支护空间大，有利于行人和综机设备的运行，而且为后部运输机的维修提供了合理空间；（3）前梁和后尾梁带有自动喷雾，有效的降低工作面煤尘；（4）后尾梁带有插板，能有效的粉碎大块煤矸，挡矸效果好；（5）前端带有提架装置，移支时，有效的防止拥煤；（6）前梁设有伸缩梁，能在煤机割煤后，及时护顶；（7）带有两级护帮板，在煤壁片帮严重时，能有效的护帮；（8）后侧安有特殊管路连接装置，有效解决管路拆卸难的问题；（9）带有侧护装置，能有效的护好破碎顶板，而且在支架歪斜时，拥有一定的扶正功能；

3.3使用中存在问题及采取措施

（1）支架侧护板伸缩量为70mm，较ZF7000支架减少了50mm，在支架歪斜较大时，侧护板的作用被明显削弱，同时支架的架间可控空隙减少，给调整液压支架带来困难。处理措施：在调采时，及时配合底调千斤顶或单体调整液压支架歪斜；（2）支架推拉板在位槽内较为限制，与左右脚丫把、十字梁间隙小，在工作面俯采变仰采时，容易造成支架底座箱压推拉板。处理措施：工作面在刹底、飘底时，严格把握，平缓过渡，严禁刹底、飘底幅度过大；（3）该型支架有两级护帮板，全部收回时，距顶板约厚0.56—0.58m，在工作面仰采和过断层降低采高时，采煤机挑顶困难。处理措施：在仰采时尽量减小仰角，在遇断层降低采高时，不拉满行程，用伸缩梁配合护帮板支护；（4）工作面伪倾斜布置，整体平均倾斜12°，顶板有淋水，支架未安设防倒防滑设施，对支架的稳定性带来影响。处理措施：尽可能的保证两头平缓，稳定住两头支架，倾斜段适当降低采高增加支架的稳定性。

4　结论

ZF9000/23/50型液压支架在3下7110综放工作面开采过程中，相比以往支架，增强了顶板支护强度及效果，提高了煤炭资源回收率，工作面单产达到15万吨以上，实现了安全高效开采。为深部厚煤层工作面的开采设计积累了经验，具有较为广泛的推广应用价值。

作者简介：周中平（1980-），男，助理工程师，工学学士，现从事煤炭生产技术管理工作。