里必矿大采高综采工作面液压支架选型分析

朱广辉

（中煤集团晋城能源有限公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

里必煤矿位于山西省晋城市沁水县内，属于沁水煤田一部分。首采一盘区3号煤层厚度4.4～5.6m，平均5.14m。首采一盘区工作面3号煤层埋深平均650m，倾角2～8°，属Ⅲ类不易自燃煤层，煤尘无爆炸性危险，一盘区地温正常，煤层属煤与瓦斯突出煤层。3号煤层直接顶为炭质泥岩或泥岩，自然抗压强度28.0～34.4MPa，为中硬岩，厚度0～16.19m，平均3.57m，易垮落，顶板稳定性相对较差；老顶为中细砂岩，自然抗压强度33.77～93.1MPa，为中硬～坚硬岩，厚度0.84～12.91m，平均8.07m，顶板稳定性好；直接底为泥岩或砂质泥岩，自然抗压强度22.0～46.7MPa，为中硬岩，厚度0.57～10.47m，平均5.84m，其下为砂岩或灰岩。

3号煤层工作面采用大采高采煤工艺，设计最大采高为5.6m。因此，需要对该工作面的液压支架进行选型设计分析。

2 里必矿大采高工作面液压支架选型

2.1 大采高工作面液压支架形式的选择

目前美国长壁工作面中液压支架基本以掩护式为主，约占全部架型的96%，且有向两柱式发展的明显趋势。里必煤矿首采一盘区3号煤层厚度平均5.14m，工作面采高较大，煤壁易片帮。据此条件，借鉴国内外高产高效工作面经验，大采高工作面选用掩护式支架，底座为带提底座千斤顶的加长刚性底座。

2.2 大采高工作面液压支架高度的确定

（1）液压支架最大支撑高度Mmax

考虑到顶部浮煤或者伪顶的冒落，液压支架最大支撑高度Mmax按式（1）计算确定。

式中：

Hmax-综采工作面最大采高，取5.6m；

S1-伪顶或浮煤冒落厚度，取0.3m。

则液压支架最大支撑高度Mmax=5.6+0.3=5.9m。

（2）液压支架最小支撑高度Mmin

液压支架最小支撑高度可以通过式（2）计算确定。

式中：

Hmin-综采工作面最小采高，取4.4m；

S2-顶板最大下沉量，取0.5m；

a-移架时支架活柱伸缩量，取0.1m。

则液压支架最小支撑高度Mmin=4.4-0.5-0.1=2.8m。

因此，通过分析计算可得里必矿一盘区首采工作面大采高液压支架的支撑高度为2.8～5.9m。

2.3 大采高工作面液压支架支护强度的确定

根据综采工作面液压支架与顶板的相互作用关系，液压支架支护强度p可以按照式（3）经验公式计算。

式中：

m-采高，m；

γ-顶板岩石容重，N/m3。

根据首采一盘区工作面的实际煤层赋存条件，3号煤层可采厚度4.4～5.6m，平均5.14m，为了最大程度地开采煤炭资源，最大采高m设为5.6m；顶板岩层平均容重为24000N/m3，煤层平均埋深约为650m，顶板来压较剧烈，取来压系数为8。支架的合理支护强度为：p=8×5.6×24000=1.0752MPa。

综上分析，确定里必煤矿首采大采高工作面液压支架的合理支护强度为1.08MPa。

3 液压支架的确定

3.1 液压支架技术参数确定

3.1.1 液压支架高度和支架中心距确定

考虑到后期工作面最大采高可能达到6m，首采一盘区工作面采高范围在4.4～5.6m。根据上述情况确定工作面液压支架最小高度为2.8m，最大高度为6.3m。为提高大采高液压支架稳定性，支架中心距可以确定为1.75m。

3.1.2 液压支架底座型式的确定

整体式刚性底座采用钢板焊接成箱式结构，底部封闭，整体性强，强度高，稳定性好，对底板比压小；整体式刚性底座适用于底板比较松软，采高、倾角较大以及顶板稳定或顶板来压较强的条件。由于首采一盘区工作面开采煤层厚度大，煤层埋深较大且顶板来压较强，同时根据矿区邻近矿井的经验，工作面液压支架底座选用整体刚性底座。

3.1.3 液压支架底板比压的确定

大采高液压支架开采3号煤层。3号煤层底板容许比压qc=0.73×qm，qm=0.87×Rm。其中，Rm（自然）=34.35MPa，Rm（饱水）=20.8MPa，qc（自然）=21.82MPa，qc（饱水）=13.21MPa。因此，3号煤层底板分类为较软Ⅲb类。液压支架对底板比压按3倍计算，即液压支架底板比压为3.24MPa。

3.2 液压支架型号

根据液压支架相关参数计算结果，结合首采一盘区工作面地质条件，首采一盘区工作面液压支架确定为ZY12000/28/63型掩护式液压支架，其主要技术参数见表1。

表1 液压支架技术特征表

4 结语

综合考虑沁水煤田里必煤矿首采一盘区工作面的生产地质条件，确定了ZY12000/28/63型掩护式液压支架是适应3号煤层开采需要的最优架型，确定了支架的支护阻力为1.08MPa，能够满足矿井的生产需要。