小河嘴煤矿高效薄煤层成套装备液压支架的研制与应用

陈小灵 刘忠文 刘小强 霍人中 张世源

摘  要：液压支架是综采工作的主要设备之一，文章以小河嘴煤矿矿井为工程背景，经过理论计算及现场试验。最终研制出适合达竹公司地质条件的ZY3200/6.5/15D液压支架，成功实现薄煤层高产高效开采。

关键词：综采支架;薄煤层;研究

中图分类号：TD355.4     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）02-0092-01

四川煤炭产业集团达竹公司煤层厚度普遍在0.5～1.2 m之间，大部分煤层厚度仅在0.5～0.7 m。

薄（极薄）煤层的开采一直受到煤层采高的限制，长期以来都只能依靠密集劳动来组织生产，工作面一直处于产量低、效率低、职工劳动强度大的局面，因此研制适应达竹矿区薄煤层赋存条件的新型支架对于我公司实现安全高效生产至关重要。

1  达竹公司小河嘴煤矿煤层赋存情况

达竹公司小河嘴煤矿K24、K23、K22、K21煤层为区内主要可采煤层，K24煤层可采厚度1.38～0.40 m，一般0.64 m煤层顶板多为浅灰色细中粒砂岩;K23煤层煤层可采厚度0.82～0.41 m，一般0.52 m。煤层顶板为深灰色粉砂质泥岩;K22煤层可采厚度1.24～0.40 m，一般0.58 m。煤层顶板为深灰色粉砂质泥岩;K21煤层可采厚度1.35～0.41 m，一般为0.65 m。煤层顶板为深灰色粉砂质泥岩。

2  液压支架架型确定

根据小河嘴煤矿矿井地质情况及技术条件，按照综合评分法确定ZY3200/6.5/15D液压支架架型，所得结论如下。

①在薄煤层条件下，支架下方的工作空间很小，推溜移架的工作场所不能有人员活动，只能采用邻架控制完成，但支架需要过架的管线较多，占用行人空间且极易损坏，动作精度不高，操作时间长。电液集中自动控制技术虽然设备投资大，但可以自动控制液压支架的动作，而且可以实现邻架及远程控制液压支架，依次完成推溜移架工作，占用工作面空间小，还可通过对工作面液压支架进行监控，使液压支架与其它采煤设备相配合，实现高效采煤。故ZY3200/6.5/15D液压支架为电液集中自动控制。

②小河嘴煤矿顶板属Ⅱ类，适宜采用二柱支顶式掩护液压支架。工作面的煤厚为0.41～1.38 m，适宜选用最小采高在0.9 m以下的架型，故ZY3200/6.5/15D支架高度确定在0.65～1.5 m的范围。

③顶梁a型，即整体结构的顶梁，当直接顶为破碎不稳定的顶板，整体顶板护頂有些困难，但我矿类似的工作面比较少，加强管理也完全可以使用，所以ZY3200/6.5/15D液压支架为整体顶梁支架。

3  液压支架额定工作阻力的确定

矿压监测分析表明矿井工作面直接顶初次垮落步距8～12 m，平均10 m;老顶初次来压步距约21～23 m，平均22 m;周期来压步距约7～15 m，来压强度及显现均不强烈。故支护强度计算如下：

Q=（-3.6+5.8 M+1.4 L+3.6 R）/100

=（-3.6+5.8×1.1+l.4×15+3.6×5.0）/100（1）

=0.418 MPa

式（1）中：

M为采高，取最大采高1.1 m;

L为周期来压步距，取最大值15 m;

R为最大控顶距，5.0 m。

根据支护强度确定支架工作阻力：

q=Q×b×Bc/cos a（2）

式（2）中：

q为为支架工作阻力，kN;

b为支架中心距，取1.5 m;

a为液压支架立柱与垂线夹角，14.9 ？觷～38.7 ？觷。

Bc为支架控顶距，取4.1～5.0 m

则：q=2 107～3 043 kN

综合实际观测和计算结果，考虑到支架在生产过程中的安全性、可靠性，ZY 3200/6.5/15D液压支架的工作阻力定为3 200 kN。

4  液压支架其它参数确定

①工作面配套截深800 mm，为了保证截深和有效的移架步距，支架的推移千斤顶的行程定为860 mm，采取φ125 mm倒装千斤顶，推移杆为整体刚性长推杆

②支架配备自动喷雾系统，采煤机通过时自动喷雾，顶梁前端预留两处内嵌式喷雾位置。

③底座后端设置底调千斤顶，前端设置输送防滑千斤顶。

④顶梁前端侧面预留安装胶皮管位置，以防止架间漏矸。

5  液压支架的现场试验情况

ZY 3200/6.5/15D液压支架在小河嘴煤矿4026（21）工作面进行了工业性试验，试验情况如下：

①支架的工作阻力在不同区间的频率分布大多为正态分布，最大分布区间在25～35 MPa，占了大约60%，工作阻力平均合格率达到了82%以上。试验期间，支架平均工作阻力为1 707.32 kN，达到额定工作阻力3 200 kN的53.3%，来压期间平均工作阻力为2 613 kN，占额定工作阻力的81.6%，工作面中部多数支架的工作阻力已经达到额定工作阻力，说明支架设计额定工作阻力是合理的。

②在整个回采期间活柱最大高度为249 mm，占到活柱最大可缩量650 mm的38.3%，活柱最小高度152 mm，占到活柱最大可缩量的23.4%，活柱的最大下缩量为98 mm，平均下缩量18.2 mm。观测表明支柱的高度及活塞柱可缩量是比较适应工作面要求的。支架基本抑制了顶板的较大下沉，达到了限定顶板变形的目的。

③控制方式采用电液先导控制，平均移架速度9 s/架，移架操作方便。

6  主要结论

①达竹公司在科学的理论计算的基础上，结合矿井现场实际，成功研制出ZY 3200/6.5/15D液压支架。成功实现实现薄煤层的安全高效开采。

②对于四川、重庆而言，大多数矿区煤层赋存条件和达竹矿区相似，ZY 3200/6.5/15D液压支架在所有薄煤层矿井均可推广运用，由此可见其经济效益巨大。

参考文献：

[1] 刘玉刚.显德汪矿薄煤层液压支架选型研究[J].科技资讯，2014，（4）.

[2] 李宏瑞.薄煤层综采技术在复杂地质条件下的应用研究[J].中国科技信息，2013，（18）.