馮炳鈺

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新產(chǎn)業(yè)公司通用設(shè)備分公司，山西 太原 030053）

引言

目前，煤礦綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝包含有破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)以及后處理五個(gè)階段。對(duì)于支護(hù)環(huán)節(jié)而言，在實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)液壓支架和錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)方式對(duì)工作面進(jìn)行支護(hù)。其中，液壓支架作為綜采工作面的關(guān)鍵支護(hù)設(shè)備，根據(jù)工作面的實(shí)際情況選擇最佳的液壓支架往往能夠起到事半功倍的效果，極大地保證了綜采工作面生產(chǎn)的安全性[1]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需結(jié)合煤礦工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和頂?shù)装迩闆r完成液壓支架的合理化選型。

1 工程概況

1.1 42101 工作面概況

本文以某煤礦42101 綜采工作面為例開(kāi)展研究，著重對(duì)該工作面的液壓支架進(jìn)行選型。該工作面煤層的厚度范圍為0.8～1.26 m，煤層的平均厚度為1.02 m。而且，整個(gè)工作面的煤層厚度相對(duì)均勻，且煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬于穩(wěn)定型煤層。工作面煤層的平均傾角小于10°。42101 工作面煤層的頂?shù)装迩闆r如

42101 工作面采用綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝，該工表1 所示。藝對(duì)應(yīng)的采高范圍為1 m；工作面的走向長(zhǎng)度為1.82 km，工作面的寬度為400 m。

表1 42101 工作面頂?shù)装迩闆r

1.2 204 工作面與42101 工作面對(duì)比

204 工作面為該煤礦已經(jīng)開(kāi)采的工作面，該工作面液壓支架將為42101 工作面液壓支架的選型提供參考。

204 綜采工作面的煤層厚度范圍為1～2.2 m，煤層的傾角范圍為1°～3°。204 工作面與42101 工作面的主要區(qū)別表現(xiàn)為如下三點(diǎn)：

1）42101 工作面的煤層厚度較204 工作面的厚度小，相差約0.78 m；

2）42101 工作面煤層的埋藏深度比204 工作面煤層埋藏較深；

3）42101 工作面頂板的主要成分為粉砂巖和細(xì)粒砂巖；204 工作面頂板的主要成分為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖和中粒細(xì)砂巖。

目前，204 工作面所配置的液壓支架類(lèi)型包括有端頭支架、過(guò)渡支架以及中間支架。其中，過(guò)渡支架的數(shù)量為2 臺(tái)，端頭支架的數(shù)量為7 臺(tái)，中間支架的數(shù)量為154 臺(tái)；工作面液壓支架的總數(shù)量為163 臺(tái)。中間液壓支架的具體型號(hào)為ZY9200/12.3/22.3D，該型號(hào)的參數(shù)如表2 所示。

表2 ZY9200/12.3/22.3D 液壓支架關(guān)鍵參數(shù)

2 液壓支架選型理論研究

為保證所選型液壓支架能夠?qū)ぷ髅骓敯暹M(jìn)行有效、穩(wěn)定支護(hù)，在實(shí)際選型中除了結(jié)合工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和頂?shù)装迩闆r外，還需遵循一定的原則，并按照合理步驟進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

2.1 液壓支架選型原則

在實(shí)際選型過(guò)程中需遵循如下原則：

1）保證液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度與工作面的顯現(xiàn)規(guī)律相符合，確保液壓支架能夠?qū)㈨敯宓囊平靠刂频阶钚。?/p>

2）所選型液壓支架的結(jié)構(gòu)與煤層結(jié)構(gòu)相匹配[2]。主要表現(xiàn)為：液壓支架的支護(hù)高度與對(duì)應(yīng)開(kāi)采工藝的采高相匹配；同時(shí)，當(dāng)工作面煤層傾角較大時(shí)還需為液壓支架配置相應(yīng)的防滑裝置；

3）所選型液壓支架應(yīng)與綜采工作面的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)相匹配；液壓支架的移架速度應(yīng)與采煤機(jī)的牽引速度相匹配；液壓支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機(jī)的中部槽相匹配；

4）所選型液壓支架對(duì)底板的比壓在合理范圍之內(nèi)，其值不得超過(guò)工作面底板的最大抗壓強(qiáng)度。對(duì)于工作面底板較軟的情況，需為工作面配置具備抬底裝置的液壓支架[3]。

2.2 液壓支架的選型步驟

基于上述原則的基礎(chǔ)上，還需按照一定的步驟完成液壓支架的選型。具體如下：

1）在液壓支架選型之前必須充分掌握工作面的地質(zhì)條件、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和工作面所采用的開(kāi)采工藝；

2）根據(jù)上述情況完成液壓支架的選型；

3）結(jié)合所選型液壓支架的類(lèi)型和工作面的情況具體確定所選型液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度、工作阻力以及支護(hù)高度等參數(shù)[4]。

3 液壓支架的選型

結(jié)合上述研究，本節(jié)重點(diǎn)對(duì)液壓支架類(lèi)型、液壓支架工作阻力、液壓支架支護(hù)強(qiáng)度、液壓支架支護(hù)高度以及液壓支架的其他關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 液壓支架類(lèi)型的確定

結(jié)合42101 工作面煤層、頂?shù)装宓膶?shí)際情況以及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的分析結(jié)果，具體確定采用兩柱掩護(hù)式液壓支架對(duì)工作面42101 工作面進(jìn)行支護(hù)。

3.2 液壓支架工作阻力及支護(hù)強(qiáng)度的確定

液壓支架工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度的兩項(xiàng)參數(shù)為其關(guān)鍵參數(shù)，該參數(shù)確定的合理性直接決定液壓支架后期的支護(hù)效果和對(duì)圍巖頂板的控制效果。本節(jié)將采用類(lèi)比法和頂板模型法綜合確定液壓支架的工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度。

3.2.1 基于類(lèi)比法確定液壓支架的工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度

42101 工作面液壓支架工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度參數(shù)確定類(lèi)比的對(duì)象為204 工作面。經(jīng)類(lèi)比研究得出如表3 所示的結(jié)果。

表3 基于類(lèi)比法確定42101 工作面工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度的結(jié)果

3.2.2 基于頂板模型法確定液壓支架的工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度

基于頂煤模型法確定液壓支架的頂板壓力為0.40 MPa，支護(hù)強(qiáng)度為0.53 MPa。

綜上所述，確定42101 工作面液壓支架的工作阻力的具體數(shù)值為6 812 kN，支護(hù)強(qiáng)度的具體數(shù)值為0.81 MPa，頂板壓力的具體數(shù)值為0.61 MPa。

3.3 液壓支架其他參數(shù)的確定

結(jié)合42101 工作面煤層的最大厚度和最小厚度分別為1.33 m 和0.8 m；結(jié)合相關(guān)的理論計(jì)算得出適應(yīng)于42101 工作面液壓支架的最大支護(hù)高度為1.53 m，對(duì)應(yīng)的最小支護(hù)高度為0.45 m。綜上所述，確定液壓支架的最大支護(hù)高度為1.6 m，最小支護(hù)高度為0.55 m。

在上述各項(xiàng)參數(shù)確定的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)理論計(jì)算確定液壓支架的中心間距為1.75 m，液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)形式為整體頂梁，對(duì)應(yīng)的護(hù)幫機(jī)構(gòu)為二級(jí)護(hù)幫[5]。

4 結(jié)論

液壓支架為實(shí)現(xiàn)工作面綜合機(jī)械化開(kāi)采的核心設(shè)備，是保證煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其主要任務(wù)是對(duì)工作面頂板和圍巖進(jìn)行穩(wěn)定控制。液壓支架選型的合理性將直接決定上述效果的發(fā)揮。本文以42101工作面為例開(kāi)展研究，采用類(lèi)比法和頂板模型法綜合確定液壓支架的選型，并具體得出如下結(jié)論：

1）所選型液壓支架的類(lèi)型為兩柱掩護(hù)式液壓支架；

2）所選型液壓支架對(duì)應(yīng)的工作阻力為6 812 kN，支護(hù)強(qiáng)度為0.81 MPa，頂板壓力為0.61 MPa；

3）所選型液壓支架的最大支護(hù)高度為1.6 m，最小支護(hù)高度為0.55 m，中心支護(hù)高度為1.75 m。