摘要：對國內(nèi)外厚煤層開采綜合機(jī)械化工作面液壓支架使用的情況及同煤集團(tuán)公司已經(jīng)投產(chǎn)的塔山煤礦和即將投產(chǎn)的同忻煤礦兩座千萬噸級礦井液壓支架選型、使用過程進(jìn)行了認(rèn)真調(diào)查研究，總結(jié)其成功的經(jīng)驗(yàn)和可借鑒的教訓(xùn)，提出大同煤田厚煤層開采綜合工作面液壓支架選型的意見。

關(guān)鍵詞：特厚煤層；開采；選型；設(shè)計

中圖分類號：TD823.523 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-8136(2009)23-0021-02

大同煤礦集團(tuán)經(jīng)過2000年7月改制為國有獨(dú)資公司，2003年12月重組為包含晉北主要煤炭生產(chǎn)和銷售企業(yè)的大型煤炭集團(tuán)及2005年底實(shí)行債轉(zhuǎn)股的三次改制重組，已初步構(gòu)建成跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨所有制的億噸級煤炭集團(tuán)，目前產(chǎn)銷規(guī)模國內(nèi)排名第二、國際排名第六。

為了實(shí)現(xiàn)“做強(qiáng)同煤、造福員工”的奮斗目標(biāo)和“心齊人和、重建擴(kuò)源、創(chuàng)新提升、共同富?！钡陌l(fā)展方略，改善現(xiàn)有礦井開采難度大、面臨大接替的現(xiàn)狀，同煤集團(tuán)在“十一五”期間將新建6個千萬噸級礦井，正在籌建的馬道頭礦井就是其中一座年產(chǎn)千萬噸級的礦井。

縱觀這幾座礦井有一個顯著的共同特點(diǎn)，就是可采儲量大，煤層厚度大可達(dá)10 m-20 m，所以作為綜合機(jī)械化、高產(chǎn)高效工作面的主要設(shè)備之一的液壓支架的選型，便成為礦井能否安全、高效生產(chǎn)的一個重要課題。

1 液壓支架架型選擇

厚煤層開采的液壓支架，大體可分為以下3類：①一次采全高液壓支架，俗稱大采高液壓支架；②頂煤冒落法液壓支架。俗稱放頂煤液壓支架；③分層開采的液壓支架，俗稱鋪網(wǎng)液壓支架。

根據(jù)大同煤田新建的幾座礦井的實(shí)際情況煤層厚度在10m～20m之間，若采用一次采全高技術(shù)，對采煤機(jī)、液壓支架研制難度大，且運(yùn)輸、安裝及支架管理方面也存在很大困難；若采用分層開采技術(shù)，下分層開采金屬網(wǎng)假頂?shù)墓芾韺⒊蔀橛绊懓踩a(chǎn)的一道難題，一旦發(fā)生撕網(wǎng)現(xiàn)象，勢必造成事故。而采用頂煤冒落法開采已成為近年來厚煤層開采的一個發(fā)展趨勢，在國際國內(nèi)得到了迅速發(fā)展和廣泛普及。

同時，放頂煤液壓支架的設(shè)計先后經(jīng)歷了高位、中位、低位的3個發(fā)展階段，其中，采用頂梁開“天窗”的高位放頂煤液壓支架對復(fù)雜煤層的適應(yīng)性差，并且在結(jié)構(gòu)上存在：①放煤口位置距離煤壁較近，對煤層冒放性要求較高，一方面要求粱端距頂煤完整，不冒頂、不片幫，另一方面要求頂粱后端放煤口處頂煤破碎、能順利放出；②放煤時，正常人行通道基本上被切斷，減少了工作面安全出口等不可克服的缺陷，已很少使用。采用掩護(hù)粱開“天窗”的中位放頂煤液壓支架，雖然克服了高位放頂煤支架的一些缺點(diǎn)，但是由于受放頂煤口尺寸的限制，架與架之間有三角煤放不下來，形成“脊背損失”，且放煤口易被大塊煤堵塞，致使放煤效率低；同時掩護(hù)梁不能擺動，二次破煤能力差，極易發(fā)生運(yùn)輸機(jī)卡死現(xiàn)象。

采用尾粱插板式結(jié)構(gòu)的低位放頂煤液壓支架具有以下特點(diǎn)：①尾梁可擺動，且擺動角度大，造成放煤空間大，有利于頂煤的冒落，放煤效率高；②煤壁到放煤處距離長，且經(jīng)過頂板來壓和頂梁的反復(fù)支撐，使頂煤破碎較充分、極易放煤；③適應(yīng)性強(qiáng)。在急傾斜煤層和緩傾斜中硬煤層，軟煤層都取得了成功。故筆者認(rèn)為，大同煤田新建礦的液壓支架架型以低位放頂煤液支架為宜。

2 液壓支架主要參數(shù)的確定

2.1 采、放比的確定

考慮到大同煤田屬于堅硬頂板、堅硬煤層的“兩硬”地質(zhì)條件，煤壁較穩(wěn)定，頂板易管理，且為了使前后部運(yùn)輸機(jī)運(yùn)量盡可能協(xié)調(diào)平衡，頂煤放煤效率盡可能高，以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效生產(chǎn)，而割煤速度通常大于放頂煤速度，故采放比應(yīng)以1：1.5～1：2為宜，所以支架的機(jī)采高度一般選取4.5 m～5 m。

2.2 工作阻力及初撐力的確定

由于大同煤田屬于堅硬頂板，頂板不易冒落，直接頂或老頂懸頂時間長，切頂線在頂梁后方或煤壁里，如果工作阻力較低。可能造成支架向煤壁移動，使整個工作面垮落，所以應(yīng)選用較大工作阻力和較大支護(hù)強(qiáng)度。塔山煤礦10 000 kN、13 000 kN兩套液壓支架短時間損壞，改用15 000 kN支架便是有力的例證。

同時，考慮到大同煤田頂煤比較硬，為了有利于頂煤破碎、提高放煤效率，初撐力應(yīng)約等于工作阻力的80％～85％為宜。

2.3 支架中心距和支架寬度的確定

厚煤層開采液壓支架最大高度一般大于3.5 m，穩(wěn)定性較差，所以為了防止支架傾斜應(yīng)選用寬系列中心距，即L=1.75。和較大寬度，頂梁寬度應(yīng)大于1.65 m，活動側(cè)護(hù)板伸出時，支架寬度應(yīng)達(dá)到1.85m～1.88m為宜。

2.4 梁端距確定

大采高高產(chǎn)高效工作面一般選用采煤機(jī)較大、截割滾筒直徑大于2 m，為了防止由于工作面底板不平和采煤機(jī)垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，造成割頂梁現(xiàn)象，故梁端距應(yīng)選用較大值350mm～480nm。

3 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件型式的確定

3.1 頂粱型式的確定

放頂煤工作面，頂梁支護(hù)表面為頂煤，其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巖層頂板，所以為了確保支護(hù)性能，應(yīng)選用切頂性能好的整體頂梁，以保證支架對頂煤的平衡能力，提高支架支護(hù)覆蓋率。同時。為了便于割煤后可以直接支護(hù)暴露部分，防止片幫煤的產(chǎn)生，頂梁應(yīng)配置內(nèi)伸式伸縮梁結(jié)構(gòu)，伸縮量一般等于采煤機(jī)截深。其次，為了適應(yīng)左右工作面的開采，頂梁選用直角式雙側(cè)可調(diào)側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)。

3.2 掩護(hù)梁型式的確定

由于大同煤田屬于堅硬頂板，頂板懸頂時間長，而且大采高支架高度較大、穩(wěn)定性較差，故應(yīng)盡可能在滿足支架工作需要的情況下，縮短掩護(hù)梁長度，增大掩護(hù)梁與后連桿夾角，以提高掩護(hù)梁抗扭能力。

3.3 底座型式的選擇

為了滿足放頂煤和大采高的要求，底座應(yīng)采用剛性分體底座。即采用中分式底板，使推移裝置直接落在底板上，保證浮煤、碎矸隨支架移架時從后端推到采空區(qū)，同時應(yīng)盡可能加大底座長度和寬度，以提高支架的穩(wěn)定性。一般底座寬度應(yīng)為中心距減100 mm～150 mm。即在1 600 mm～1 650 mm，長度取移架步距的4倍，即3 200mm左右。

3.4 推移裝置型式的選擇

由于厚煤層工作面，液壓支架長度大、重量大，前推移裝置選用長推移桿倒拉式推移裝置，具有千斤頂大腔力拉架，小腔力推溜及拉架力大的特點(diǎn)，且拉架時，推移千斤頂作用力對底座前端產(chǎn)生垂直向上的分力，可將底座前端上抬，有助于順利移架。另外，為了解決長推桿拆裝更換不方便的問題，可采用鉸接式長推移桿，即前后兩端箱式結(jié)構(gòu)件通過十字連接頭連接。見圖1。

對于后部運(yùn)輸機(jī)推移裝置，由于支架采放比為1：1.5～1：2，一般停放工作面后部運(yùn)輸機(jī)運(yùn)量大于前部運(yùn)輸機(jī)，且不受采煤機(jī)配套限制，與支架的連接可采取更加靈活的連接方式，所以為了克服由于輸送機(jī)的自重大，可能產(chǎn)生的推移裝置或推移千斤頂活塞桿彎曲變形，導(dǎo)致移溜困難，宜用柔性鏈條連接代替剛性連桿連接。見圖2。

3.5 護(hù)幫裝置的選擇

由于厚煤層開采，片幫冒頂?shù)奈ｋU增大，所以必須加設(shè)護(hù)幫裝置，而且為了保證護(hù)幫面積滿足要求，應(yīng)選用二級護(hù)幫裝置。當(dāng)煤壁發(fā)生片幫以后，且伸縮梁伸出仍不能及時支護(hù)時，可將一級護(hù)幫打成水平，作為伸縮梁的延伸段，及時支護(hù)前方裸露的頂煤：二級護(hù)幫放下，與一級護(hù)幫形成90。夾角(見圖3)，護(hù)住已發(fā)生片幫的煤壁，防止片幫進(jìn)一步擴(kuò)展而引起冒頂。

4 結(jié)束語

厚煤層開采若干年后將成為我國煤炭系統(tǒng)不斷探索研究的一道課題，一井一面的高度集中化生產(chǎn)已成為今后煤礦發(fā)展的主要趨勢。液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀已經(jīng)形成了一個完整的體系，結(jié)構(gòu)設(shè)計將向自重輕型化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、材質(zhì)高強(qiáng)化、閥類高壓化、操作自動化的方向發(fā)展。