張同鑫 趙曉航 程錦

摘 要： 對(duì)于綜采工作面來講，液壓支架是十分關(guān)鍵的設(shè)備，只有保證液壓支架架型選擇的合理性，才能夠?qū)崿F(xiàn)綜采工作面的實(shí)際產(chǎn)量以及效率不斷提高，將綜采設(shè)計(jì)效能有效發(fā)揮出來，最終達(dá)到高產(chǎn)與高效發(fā)展目標(biāo)?；诖?，文章以煤層頂?shù)装宸诸悶榛A(chǔ)，綜合考慮煤層的賦存條件，借助理論計(jì)算的方式明確與工作面相適應(yīng)的液壓支架型號(hào)，以不斷優(yōu)化液壓支架可靠性以及適用性。

關(guān)鍵詞： 煤礦綜采工作面;液壓支架;選型;設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TD355.41 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）07-0228-01

在煤礦長(zhǎng)壁開采工作面中，液壓支架的作用重要，且投資在成套設(shè)備中占比超過60%，所以其可靠性以及適用性均會(huì)對(duì)工作面生產(chǎn)的安全性帶來影響。以某煤集團(tuán)的煤礦工作面為例，其屬于懸移支架工作面，在改進(jìn)采煤方法后轉(zhuǎn)變成綜合機(jī)械化采煤方式，所以要合理選擇綜采工作面的液壓支架型號(hào)，以全面提高工作面產(chǎn)量以及效率，將綜采設(shè)計(jì)效能有效發(fā)揮出來，進(jìn)而達(dá)到高產(chǎn)高效目的。

1 綜采工作面地質(zhì)概述

此煤礦主要以3號(hào)無煙煤煤層為主采，厚度在4.6-5.9米之間，厚度平均值在5.3米，而煤層傾角平均數(shù)值是5度[1]。此煤層的賦存相對(duì)穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水文地質(zhì)條件理想。此煤層所含瓦斯量以及壓力相對(duì)較大，不建議選擇綜采放頂煤工藝技術(shù)。在這種情況下，將長(zhǎng)壁分層綜采采煤的方法引入其中。此煤層的直接頂是泥巖，且厚度在2.8-8.5米之間，層理發(fā)育，并在風(fēng)化后沿著層理面出現(xiàn)裂開情況。另外，煤層的基本頂屬于堅(jiān)硬巖石，而直接底是黑色泥巖與砂質(zhì)泥巖，基本底是灰色細(xì)粒砂巖。

2 綜采工作面液壓支架選型設(shè)計(jì)研究

2.1 常見底板類別

綜合考慮底板抗壓特性，可將傾斜煤層以及緩傾斜煤層的工作面底板劃分成五種類型，即極軟型、松軟型、較軟型、中硬型與堅(jiān)硬型。與此同時(shí)，不同型號(hào)的支護(hù)阻力液壓支架，其底座的尖端對(duì)于底板巖層比壓不允許大于工作面底板容許比壓。如果極軟底板與松軟底板引進(jìn)液壓支架，則必須對(duì)底板比壓的分布結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善并完成設(shè)計(jì)[2]。一般情況下，可將支架的額定阻力降低，且立柱鉸接點(diǎn)增大到底座尖端水平距離，不允許低于300毫米。將底座寬度增加亦或是選擇使用彈性底座。在實(shí)際測(cè)量后了解到，此煤層工作面的底板比壓是4.5兆帕，也就是說，其容許的比壓比3兆帕小，是堅(jiān)硬型底板。為此，在對(duì)液壓支架型號(hào)進(jìn)行選擇的時(shí)候，需盡量選用支撐掩護(hù)式的支架。

2.2 支架型號(hào)選擇的基本原則

其一，當(dāng)煤層的傾角超過25度的時(shí)候，排頭支架應(yīng)將防倒防滑裝置架設(shè)其中，將底調(diào)千斤頂設(shè)置在工作面的支架部位，而工作面中部位置的輸送機(jī)應(yīng)當(dāng)將防滑裝置加入其中。

其二，如果煤層是軟煤的情況，支架采高不允許超過2.5米。

其三，在煤層的厚度處于2.5-2.8米以上的情況，則要選用具有護(hù)幫裝置掩護(hù)式的支架亦或是支撐掩護(hù)式的支架。

其四，如果工作面的瓦斯涌出量較大，則要參考保安規(guī)程具體規(guī)定，將大通風(fēng)面積支架作為首選[3]。

其五，對(duì)液壓支架使用的過程中，對(duì)于底板的比壓不應(yīng)高于其容許比壓數(shù)值。而針對(duì)底板軟膠情況，可選擇使用具備抬底裝置支架亦或是選用掩護(hù)式的支架。

2.3 確定支架的基本參數(shù)

在選擇綜采工作面液壓支架型號(hào)的過程中會(huì)受到諸多因素影響，只有架型選擇合理，才能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)量與效率提高的目標(biāo)。

在確定支架支護(hù)強(qiáng)度的時(shí)候，可采取的計(jì)算方法有很多，以下將對(duì)比頂板結(jié)構(gòu)分析與支架、圍巖相互作用關(guān)系數(shù)值模擬兩種方法，保證液壓支架支護(hù)強(qiáng)度選擇的合理化。以頂板結(jié)構(gòu)分析為主的估算方法，主要是參考了支架和圍巖互相作用的關(guān)系，簡(jiǎn)化工作面的受力。通過直接頂荷載倍數(shù)對(duì)基本頂?shù)妮d荷進(jìn)行估算，在工作面周期來壓的情況下，載荷不會(huì)超出日常載荷兩倍[4]。參考此礦井的地質(zhì)狀況，煤層上分層的工作面采高是2.6米，而頂板巖層容重的平均數(shù)值是每立方米25400N，所以支架支護(hù)的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)是0.54兆帕。支架、圍巖相互作用關(guān)系數(shù)值模擬的計(jì)算方法，在支架支護(hù)強(qiáng)度不大的情況下，頂板的下沉量會(huì)在支護(hù)強(qiáng)度增加的同時(shí)顯著下降，并且在滿足特定支護(hù)強(qiáng)度的時(shí)候支護(hù)強(qiáng)度會(huì)持續(xù)增加。具體而言，支架的支護(hù)強(qiáng)度與頂板下沉量的關(guān)系曲線當(dāng)中會(huì)有拐點(diǎn)，也就被當(dāng)成支架最佳支護(hù)的強(qiáng)度。為此，參考此礦井的實(shí)際地質(zhì)狀況，即可利用FLAC數(shù)值計(jì)算軟件完成模擬。

2.4 支架結(jié)構(gòu)形式分析

綜采液壓支架頂梁的型式一般有兩種，即整體頂梁、整體頂梁聯(lián)合伸縮梁[5]。前者的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且頂梁的厚度不大，在較大開采高度中具有一定的實(shí)用性。而后者防護(hù)性能理想，能夠全面防護(hù)支架前段破碎的頂板。結(jié)合此礦井的地質(zhì)狀況，最終選擇后者的結(jié)構(gòu)形式。

結(jié)束語：綜上所述，結(jié)合此煤礦的實(shí)際地質(zhì)狀況，將煤層分層綜采架型選擇為支撐掩護(hù)式的液壓支架，且其支護(hù)強(qiáng)度確定成0.6兆帕，可與礦井實(shí)際生產(chǎn)需求相適應(yīng)。除此之外，此架型綜合考慮了下分層綜采開采實(shí)際需求，一定程度上降低了投資量，且設(shè)備的實(shí)際利用率也顯著提高，為設(shè)備管理與備件組織工作的開展提供了必要幫助。由此證實(shí)，在選擇綜采工作面液壓支架架型的時(shí)候，有必要參考煤礦的實(shí)際地質(zhì)條件，才能夠保證架型選擇與設(shè)計(jì)的合理性。

參考文獻(xiàn)

[1] 程可俊.煤礦綜采工作面液壓支架選型設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2019（11）：151-152，156.

[2] 王達(dá)三.煤礦綜采工作面設(shè)備配套選型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].江西化工，2019（5）：137-139.

[3] 侯壯壯.龐龐塔煤礦綜采放頂煤工作面設(shè)備選型研究[J].山東煤炭科技，2018（12）：150-152.

[4] 辛亮.煤礦綜采工作面設(shè)備配套選型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2018，33（8）：20-21，207.

[5] 陸峰，王家偉.祁南煤礦714工作面液壓支架的選型設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2019，40（4）：149-151.