煤矿综采工作面液压支架选型设计

张同鑫 赵晓航 程锦

摘 要： 对于综采工作面来讲，液压支架是十分关键的设备，只有保证液压支架架型选择的合理性，才能够实现综采工作面的实际产量以及效率不断提高，将综采设计效能有效发挥出来，最终达到高产与高效发展目标。基于此，文章以煤层顶底板分类为基础，综合考虑煤层的赋存条件，借助理论计算的方式明确与工作面相适应的液压支架型号，以不断优化液压支架可靠性以及适用性。

关键词： 煤矿综采工作面;液压支架;选型;设计

【中图分类号】TD355.41     【文献标识码】A     【文章編号】1674-3733（2020）07-0228-01

在煤矿长壁开采工作面中，液压支架的作用重要，且投资在成套设备中占比超过60%，所以其可靠性以及适用性均会对工作面生产的安全性带来影响。以某煤集团的煤矿工作面为例，其属于悬移支架工作面，在改进采煤方法后转变成综合机械化采煤方式，所以要合理选择综采工作面的液压支架型号，以全面提高工作面产量以及效率，将综采设计效能有效发挥出来，进而达到高产高效目的。

1 综采工作面地质概述

此煤矿主要以3号无烟煤煤层为主采，厚度在4.6-5.9米之间，厚度平均值在5.3米，而煤层倾角平均数值是5度[1]。此煤层的赋存相对稳定且结构简单，水文地质条件理想。此煤层所含瓦斯量以及压力相对较大，不建议选择综采放顶煤工艺技术。在这种情况下，将长壁分层综采采煤的方法引入其中。此煤层的直接顶是泥岩，且厚度在2.8-8.5米之间，层理发育，并在风化后沿着层理面出现裂开情况。另外，煤层的基本顶属于坚硬岩石，而直接底是黑色泥岩与砂质泥岩，基本底是灰色细粒砂岩。

2 综采工作面液压支架选型设计研究

2.1 常见底板类别

综合考虑底板抗压特性，可将倾斜煤层以及缓倾斜煤层的工作面底板划分成五种类型，即极软型、松软型、较软型、中硬型与坚硬型。与此同时，不同型号的支护阻力液压支架，其底座的尖端对于底板岩层比压不允许大于工作面底板容许比压。如果极软底板与松软底板引进液压支架，则必须对底板比压的分布结构进行改善并完成设计[2]。一般情况下，可将支架的额定阻力降低，且立柱铰接点增大到底座尖端水平距离，不允许低于300毫米。将底座宽度增加亦或是选择使用弹性底座。在实际测量后了解到，此煤层工作面的底板比压是4.5兆帕，也就是说，其容许的比压比3兆帕小，是坚硬型底板。为此，在对液压支架型号进行选择的时候，需尽量选用支撑掩护式的支架。

2.2 支架型号选择的基本原则

其一，当煤层的倾角超过25度的时候，排头支架应将防倒防滑装置架设其中，将底调千斤顶设置在工作面的支架部位，而工作面中部位置的输送机应当将防滑装置加入其中。

其二，如果煤层是软煤的情况，支架采高不允许超过2.5米。

其三，在煤层的厚度处于2.5-2.8米以上的情况，则要选用具有护帮装置掩护式的支架亦或是支撑掩护式的支架。

其四，如果工作面的瓦斯涌出量较大，则要参考保安规程具体规定，将大通风面积支架作为首选[3]。

其五，对液压支架使用的过程中，对于底板的比压不应高于其容许比压数值。而针对底板软胶情况，可选择使用具备抬底装置支架亦或是选用掩护式的支架。

2.3 确定支架的基本参数

在选择综采工作面液压支架型号的过程中会受到诸多因素影响，只有架型选择合理，才能够实现产量与效率提高的目标。

在确定支架支护强度的时候，可采取的计算方法有很多，以下将对比顶板结构分析与支架、围岩相互作用关系数值模拟两种方法，保证液压支架支护强度选择的合理化。以顶板结构分析为主的估算方法，主要是参考了支架和围岩互相作用的关系，简化工作面的受力。通过直接顶荷载倍数对基本顶的载荷进行估算，在工作面周期来压的情况下，载荷不会超出日常载荷两倍[4]。参考此矿井的地质状况，煤层上分层的工作面采高是2.6米，而顶板岩层容重的平均数值是每立方米25400N，所以支架支护的强度应当是0.54兆帕。支架、围岩相互作用关系数值模拟的计算方法，在支架支护强度不大的情况下，顶板的下沉量会在支护强度增加的同时显著下降，并且在满足特定支护强度的时候支护强度会持续增加。具体而言，支架的支护强度与顶板下沉量的关系曲线当中会有拐点，也就被当成支架最佳支护的强度。为此，参考此矿井的实际地质状况，即可利用FLAC数值计算软件完成模拟。

2.4 支架结构形式分析

综采液压支架顶梁的型式一般有两种，即整体顶梁、整体顶梁联合伸缩梁[5]。前者的结构相对简单且顶梁的厚度不大，在较大开采高度中具有一定的实用性。而后者防护性能理想，能够全面防护支架前段破碎的顶板。结合此矿井的地质状况，最终选择后者的结构形式。

结束语：综上所述，结合此煤矿的实际地质状况，将煤层分层综采架型选择为支撑掩护式的液压支架，且其支护强度确定成0.6兆帕，可与矿井实际生产需求相适应。除此之外，此架型综合考虑了下分层综采开采实际需求，一定程度上降低了投资量，且设备的实际利用率也显著提高，为设备管理与备件组织工作的开展提供了必要帮助。由此证实，在选择综采工作面液压支架架型的时候，有必要参考煤矿的实际地质条件，才能够保证架型选择与设计的合理性。

参考文献

[1] 程可俊.煤矿综采工作面液压支架选型设计[J].内蒙古煤炭经济，2019（11）：151-152，156.

[2] 王达三.煤矿综采工作面设备配套选型系统的设计[J].江西化工，2019（5）：137-139.

[3] 侯壮壮.庞庞塔煤矿综采放顶煤工作面设备选型研究[J].山东煤炭科技，2018（12）：150-152.

[4] 辛亮.煤矿综采工作面设备配套选型系统的设计[J].机械管理开发，2018，33（8）：20-21，207.

[5] 陆峰，王家伟.祁南煤矿714工作面液压支架的选型设计[J].煤矿机械，2019，40（4）：149-151.