梁開東,李明忠

(1.棗礦集團(tuán)第二機(jī)械廠,山東棗莊 277100;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部北京 100013)

開采裝備

ZF7000/23/47型大采高放頂煤液壓支架的研制和應(yīng)用

梁開東1,李明忠2

(1.棗礦集團(tuán)第二機(jī)械廠,山東棗莊 277100;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部北京 100013)

Development and Application of ZF7000/23/47 Caving Powered Support with Large-m in ing-height

根據(jù)棗莊田陳礦地質(zhì)和煤層賦存條件,提出大采高與放頂煤兩用支架的選型方案,研制成功了 ZF7000/23/47型大采高放頂煤液壓支架,應(yīng)用該支架可以實(shí)現(xiàn)對 4.5m厚煤層一次采全高開采,在 3.5m高度放頂煤開采,實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn)。

大采高;放頂煤;液壓支架

田陳煤礦隸屬于棗礦集團(tuán),井田范圍內(nèi)煤層穩(wěn)定,但煤層厚度變化大,根據(jù)目前國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀,無論是一次采全高還是放頂煤開采方法,均不能獨(dú)立適應(yīng)該煤層的開采,為了提高煤炭采出率,降低掘進(jìn)率,根據(jù)礦井地質(zhì)條件,研制了一種新型的大采高放頂煤支架,能夠同時(shí)滿足 2種采煤方法的要求。

1 采區(qū)地質(zhì)條件

田陳煤礦 7106工作面標(biāo)高 -630～-720m,工作面煤層厚 5.4～9.8m,平均厚度 7.9m。煤層局部含一層 0.5m泥巖夾矸,受兩側(cè)較大斷層影響,煤層局部破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育。直接頂為粉砂質(zhì)泥巖,厚 2.8～4.75m;基本頂為中、細(xì)砂巖。直接底為厚度 3.3m的粉砂質(zhì)泥巖,局部有 0.2m炭質(zhì)泥巖;老底為細(xì)砂巖,平均 24m。

2 支架主要技術(shù)參數(shù)的確定與主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 架型的選擇

目前國內(nèi)普遍采用的放頂煤液壓支架主要是四柱低位放頂煤液壓支架,該種架型主要有 2種形式:一是反四連桿放頂煤液壓支架;另一種是正四連桿放頂煤液壓支架。2種架型在全國使用都較成功,并且創(chuàng)造了工作面年產(chǎn)超過 10.0Mt世界紀(jì)錄。

(1)四柱正四連桿放頂煤支架的特點(diǎn) 該種架型使用廣泛,穩(wěn)定性好,技術(shù)成熟,風(fēng)險(xiǎn)小。支架頂梁后端切頂力大,受力平衡區(qū)較大,特別是對于中硬以上煤層使用效果較好,人行道寬暢,安全可靠。但這種類型的支架普遍存在前、后排立柱受載不均勻的現(xiàn)象,導(dǎo)致支架支撐能力降低,尾梁下部放煤作業(yè)空間較小。

(2)四柱反四連桿放頂煤支架的特點(diǎn) 該種架型穩(wěn)定性好,大尾梁有利于松動(dòng)頂煤,架后做業(yè)空間大,通風(fēng)斷面大。前后立柱受力均勻,支架頂梁受力平衡區(qū)較大。該種架型支架利于大塊煤回收,使用效果好。同時(shí),該種架型頂梁縱向尺寸較大,支架重量較重。在采高變低時(shí)人行通道較小。

根據(jù)田陳煤礦 7106工作面埋深較大,頂板堅(jiān)硬,存在松軟的泥巖底板,需要支架對底板比壓小,而且,該工作面煤層厚度變化較大,采用正四連桿放頂煤支架,經(jīng)濟(jì)上更合理,工作面行人作業(yè)空間也更大。

2.2 支架高度的確定

根據(jù) 7106工作面煤層地質(zhì)條件,煤中間夾矸厚度變化大、較硬,放頂煤開采時(shí)可能影響頂煤的冒放性。因此,選擇四柱支撐掩護(hù)式大采高采、放兩用液壓支架,其目的是通過提高機(jī)采高度,把局部較厚的夾矸層割掉一部分,改善冒放性。對于煤層厚度較薄的區(qū)域可以摘掉尾梁,裝上擋矸板,采取一次采全高綜采。

為此,取支架支撐高度范圍為 2.3～4.7m,最大割煤高度可以達(dá)到 4.5m,既實(shí)現(xiàn)了煤層局部變薄地質(zhì)條件下的一次采全高綜采,同時(shí)實(shí)現(xiàn)厚煤層的放頂煤開采,提高了煤炭資源的采出率。

2.3 支架合理工作阻力的確定

支架工作阻力確定的基本條件為:綜放工作面煤層厚度為 7.9m,采煤機(jī)割煤高度 3.5m,放煤高度 4.4m,平均采深約 700m,煤的堅(jiān)固性系數(shù) f為2.0左右。

(1)根據(jù)支架支撐冒落帶頂板巖層和頂煤的重量,并平衡基本頂失穩(wěn)時(shí)對支架的動(dòng)載,計(jì)算支架所需的支護(hù)強(qiáng)度:

式中,q為工作面支架所需支護(hù)強(qiáng)度;Kd為基本頂失穩(wěn)時(shí)的動(dòng)載系數(shù),根據(jù)綜放工作面礦壓觀測結(jié)果,取 1.5;q冒為冒落帶巖層自重應(yīng)力,q冒=γ頂h,γ頂為頂板巖層體積力,取 25kN/m3,h為垮落頂板高度,根據(jù)頂板性質(zhì)及以往礦井已開采煤層垮落情況,取 h=20.6m;q頂煤為支架上方頂煤自重應(yīng)力,q頂煤=γ煤Md,γ煤為頂煤體積力,取13.0kN/m3,Md為頂煤厚度,取 4.4m。

代入上式可得:q=858kN/m2

綜合理論計(jì)算和實(shí)際觀測數(shù)據(jù),取支架的額定支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)不低于 880kN/m2。

(2)根據(jù)確定的支護(hù)強(qiáng)度和工作面配套尺寸,確定支架合理工作阻力 P:

式中,P為支架工作阻力,kN;q為支架所需的支護(hù)強(qiáng)度,kN/m2;LK為端面距,0.46m;LD為頂梁長度,4.672m;B為支架寬度,1.5m;KS為液壓支架支撐效率,取 0.98。

代入上式可得:P=6912kN。

根據(jù)以上計(jì)算,查國內(nèi)液壓支架的標(biāo)準(zhǔn)系列,取支架額定工作阻力 7000kN。

2.4 支架的主要技術(shù)特征參數(shù)

架型:四柱支撐掩護(hù)式液壓支架

支架高度:2300～4700mm

支架初撐力:(P=31.5MPa)6184kN

支架工作阻力:(P=35.7MPa)7000kN

中心距:1500mm

支架寬度:1430～1600mm

支護(hù)強(qiáng)度:0.9～0.92 MPa

底座前端比壓:0.35～2.1MPa

推移步距:0.8 m

泵站額定壓力:31.5 MPa

本題的信息呈遞形式有文字信息、表格信息與圖形信息。表格信息是體外酶促反應(yīng)，圖形信息是體內(nèi)酶促反應(yīng)。本題得分率低的主要原因是，學(xué)生缺乏迅速獲取與解讀信息的能力。如果，學(xué)生能將淀粉含量變化曲線轉(zhuǎn)換為斜率，與磷酸化酶的活性相比較，則可順利解答本題。因此，學(xué)生要將信息進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換，變成易于理解的信息是讀懂信息的關(guān)鍵。

2.5 液壓支架的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)支架采高范圍大,對 10m左右特厚煤層可以采用綜放開采 (如圖 1),3.8～4.5m厚煤層作普通綜采液壓支架使用,在支架后部加裝專用擋矸板,實(shí)現(xiàn)一次采全高綜采 (如圖 2)。

圖 1 ZF7000/23/47型放頂煤液壓支架

圖 2 ZZ7000/23/47型液壓支架

(2)頂梁為鉸接前梁帶伸縮梁、護(hù)幫板結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)挑起和收平,具有挑頂、臨時(shí)護(hù)頂和護(hù)幫雙重功能,頂梁前端對頂板的支護(hù)能力強(qiáng),有利于抑制片幫和冒頂。

(3)雙伸縮立柱,調(diào)高比較大,能夠適應(yīng)厚度變化較大的煤層。

(4)支架采取雙前連桿,單后連桿機(jī)構(gòu),支架穩(wěn)定性好,可靠性高。

(5)靈活的尾梁插板結(jié)構(gòu),有利于放煤破煤。

(6)頂梁、掩護(hù)梁設(shè)置雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板,靈活方便,適應(yīng)性強(qiáng)。

(7)剛性分體式底座,底座前部設(shè)置起底座裝置,對底板適應(yīng)能力強(qiáng)。

3 應(yīng)用效果

該支架從 2008年 11月至今在棗礦集團(tuán)田陳煤礦 7106工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn),對支架的整體性能、穩(wěn)定性、推移、調(diào)架性能等進(jìn)行了試驗(yàn)和驗(yàn)證,經(jīng)歷了工作面頂板初次來壓和周期來壓及 3條斷層的考驗(yàn),工作正常,支架結(jié)構(gòu)無損壞,最高日產(chǎn)達(dá)到 10000t,取得了良好效果。

[1]王國法,等.液壓支架技術(shù) [M].北京:煤炭工業(yè)出版社. 1999.

[2]樊運(yùn)策,等.綜合機(jī)械化放頂煤開采技術(shù) [M].北京:煤炭工業(yè)出版社.2003.

[責(zé)任編輯:張銀亮]

TD355.42

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1006-6225(2010)06-0063-02

2010-05-20

梁開東 (1969-)男,山東濟(jì)寧人,工程師,從事綜采設(shè)備研制工作。