47型大采高放顶煤液压支架的研制和应用.pdf

第 l 5卷 第 6期 总第 9 7期 2 0 1 0年 1 2月 煤矿 开 采 Co a l mi ni ng Te c hn o l o g y V o 1 ． 1 5 N o ． 6 S e r i e s N o ． 9 7 De c e mbe r 201 0 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型大采高放顶煤液压支架的研制和应用 梁开东 ，李明忠。 1 ．枣矿集 团 第二机械厂 ，山东 枣庄 2 7 7 1 0 0；2 ．天地科技股份有限公 司 开采设计事业部 北京 1 0 0 0 1 3 [ 摘要] 根据枣庄田陈矿地质和煤层赋存条件，提 出大采高与放顶煤两用支架的选 型方案， 研制成功了Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型大采高放顶煤液压支架，应用该支架可以实现对4 ． 5 m厚煤层一次采全高 开采，在 3 ． 5 m高度放顶煤开采，实现 了工作面安全高效生产。 [ 关键词] 大采高；放顶煤；液压支架 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 2 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 0 0 6 - 0 0 6 3 -02 De v e l o pme n t a n d App l i c a t i o n o f ZF7 O 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7 Ca v i ng Po we r e d S u ppo r t wi t h La r g e - mi ni ng - - h e i g ht 田陈煤矿隶属于枣矿集团 ，井 田范围内煤层稳 定 ，但煤层厚度变化大 ，根据 目前国内采煤机的发 展现状 ，无论是一次采全高还是放顶煤 开采方法 ， 均不能独立适应该煤层的开采 ，为了提高煤炭采出 率 ，降低掘进率 ，根据矿井地质条件 ，研制了一种 新型的大采高放顶煤支架 ，能够同时满足 2种采煤 方法的要求 。 1 采区地质条件 田陈煤矿 7 1 0 6工作面标高一 6 3 0～一 7 2 0 m，工 作面煤层厚 5 ． 4～9 ． 8 m，平均厚度 7 ． 9 m。煤层局 部含一层 0 ． 5 m 泥岩夹矸 ，受两侧较大断层影 响， 煤层局部破碎 、节理裂隙较发育。直接顶为粉砂质 泥岩 ，厚 2 ． 8～4 ． 7 5 m；基本顶为 中、细砂岩。直 接底为厚度 3 ． 3 m的粉砂质泥岩 ，局部有 0 ． 2 m炭 质泥岩 ；老底为细砂岩 ，平均 2 4 m。 2 支架主要技术参数的确定与主要结构特点 2 ． 1 架型的选择 目前国内普遍采用的放顶煤液压支架主要是四 柱低位放顶煤 液压支架 ，该种架 型主要有 2种形 式 一是反 四连杆放顶煤液压支架 ；另一种是正四 连杆放顶煤液压支架 。2种架型在全 国使用都较成 功 ，并且创造 了工作面年产超过 1 0 ． 0 Mt 世界纪录。 1 四柱正四连杆放顸煤 支架的特点 该种 架型使用广泛 ，稳定性好 ，技术成熟 ，风险小 。支 架顶梁后端切顶力大 ，受力平衡 区较大，特别是对 于 中硬 以上煤层使用效果较好 ，人行道宽畅 ，安全 可靠 。但这种类型的支架普遍存在前 、后排立柱受 载不均匀的现象 ，导致支架支撑能力降低 ，尾梁下 部放煤作业空间较小 。 2 四柱反 四连杆放顶煤 支架的特点 该种 架型稳定性好 ，大尾梁有利于松动顶煤 ，架后做业 空间大 ，通风断面大。前后立柱受力均匀 ，支架顶 梁受力平衡 区较大 。该种架 型支架利 于大块煤 回 收 ，使用效果好 。同时 ，该种架型顶梁纵向尺寸较 大 ，支架重量较重。在采高变低时人行通道较小。 根据田陈煤矿 7 1 0 6工作面埋深较大 ，顶板坚 硬 ，存在松软 的泥 岩底板 ，需 要支架对底 板 比压 小 ，而且 ，该工作面煤层厚度变化较大 ，采用正四 连杆放顶煤支架 ，经济上更合理 ，工作面行人作业 空间也更大。 2 ． 2支架高度的确定 根据 7 1 0 6工作面煤层 地质条件 ，煤 中间夹矸 厚度变化大 、较硬 ，放顶煤开采时可能影响顶煤 的 冒放性。因此 ，选择四柱支撑掩护式大采高采、放 两用液压支架 ，其目的是通过提高机采高度，把局 部较厚的夹矸层割掉一部分 ，改善 冒放性。对于煤 层厚度较薄的区域可 以摘掉尾梁 ，装上挡矸板 ，采 取一次采全高综采。 为此 ，取支架支撑高度范 围为 2 ． 3～ 4 ． 7 m，最 大割煤高度可 以达到 4 ． 5 m，既实现 了煤层局部变 薄地质条件下 的一次采全高综采 ，同时实现厚煤层 的放顶煤开采 ，提高了煤炭资源的采出率。 [ 收稿 日期 ]2 0 1 0 0 5 - 2 0 [ 作者简介] 梁开东 1 9 6 9 一 男 ，山东济宁人 ，工程师 ，从事综采设备研制工作 。 63 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 9 7期 煤矿 开 采 2 0 1 0年第 6期 2 ． 3 支架合理工作阻力的确定 支架工作阻力确定的基本条件为 综放工作面 煤层厚度为 7 ． 9 m，采煤机割煤高度 3 ． 5 m，放煤高 度 4 ． 4 m，平均采深约 7 0 0 m，煤 的坚固性系数 厂为 2 ． 0左右。 1 根据支架支撑 冒落带顶板 岩层 和顶煤 的 重量 ，并平衡基本顶失稳时对支架的动载 ，计算支 架所需的支护强度 gK d g 冒 g 顶 煤 式中， q为工作面支架所需支护强度 ； K d为基本顶 失稳时的动载系数 ，根据综放工作 面矿压 观测结 果 ，取 1 ． 5 ；g 冒为冒落带岩层 自重应力 ， g 冒 顶h ，y 顶 为顶板岩层体积力，取 2 5 k N ／ m ，h为垮落顶 板高度 ，根据顶板性质及 以往矿井已开采煤层垮落 情况 ，取 h2 0 ． 6 m；q 顶 煤为支架 上方顶煤 自重应 力 ，9 顶 煤 y 煤Md ， 煤为顶煤体积力 ，取 1 3 ． 0 k N ／ I n ， M 为顶煤厚度 ，取 4 ． 4 m。 代入上式可得 q 8 5 8 k N ／ m 综合理论计算和实际观测数据，取支架的额定 支护强度应不低于 8 8 0 k N ／ m 。 2 根据确定的支 护强度和工作面配套尺寸 ， 确定支架合理工作阻力 P Pq B L KL D ／ K s 式中，P为支架工作阻力 ，k N；q为支架所需的支 护强度 ，k N ／ m ；L K 为端面距 ，0 ． 4 6 m；L 。 为顶梁 长度 ，4 ． 6 7 2 m；B为支 架宽度 ，1 ． 5 m；K 为液压 支架支撑效率，取 0 ． 9 8 。 代人上式可得 JP 6 9 1 2 k N。 根据以上计算 ，查国内液压支架 的标准系列 ， 取支架额定工作阻力 7 0 0 0 k N。 2 ． 4 支架的主要技术特征参数 架型四柱支撑掩护式液压支架 支架高度 2 3 0 0～ 4 7 0 0 ram 支架初撑力 P3 1 ． 5 M P a 6 1 8 4 k N 支架工作阻力 P 3 5 ． 7 MP a 7 0 0 0 k N 中 心 距 1 5 0 0 m m 支架宽度 1 4 3 0～1 6 0 0 ra m 支护强度 0 ． 9～ 0 ． 9 2 MP a 底座前端比压 0 ． 3 5～ 2 ． 1 M P a 推移步距 0 ． 8 1T I 泵站额定压力 3 1 ． 5 MP a 2 ． 5 液压支架的主要结构特点 1 支架采高范围大，对 l O m左右特厚煤层 可以采用综放开采 如 图 1 ，3 ． 8～ 4 ． 5 m厚煤层 作普通综采液压支架使用 ，在支架后部加装专用挡 6 4 矸板 ，实现一次采全高综采 如图 2 。 图1 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型放顶煤液压支架 图2 Z Z 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型液压支架 2 顶梁为铰接前梁带伸缩梁、护帮板结构 ， 实现挑起和收平 ，具有挑顶 、临时护顶和护帮双重 功能 ，顶梁前端对顶板的支护能力强 ，有利于抑制 片帮和冒顶 。 3 双伸缩立柱 ，调高 比较 大，能够适应厚 度变化较大的煤层 。 4 支架采取双前连杆 ，单后 连杆机构 ，支 架稳定性好 ，可靠性高。 5 灵活的尾梁插板结构 ，有利于放煤破煤。 6 顶梁、掩护梁设置双侧活动侧护板，灵 活方便 ，适应性强。 7 刚性分体式 底座 ，底座前部设置起底座 装置，对底板适应能力强 。 3 应用效果 该支架从2 0 0 8 年 1 1 月至今在枣矿集团田陈煤 矿 7 1 0 6工作面进行工业性试验 ，对支架 的整体性 能 、稳定性 、推移、调架性能等进 行 了试验和验 证 ，经历了工作面顶板初次来压和周期来压及 3条 断层的考验 ，工作正常，支架结构无损坏，最高 日 产达到 1 0 0 0 0 t ，取得了良好效果。 [ 1 ]王国法 ，等 l 9 9 9． [ 2 ]樊运策 ，等 工业 出版社 [ 参考文献] 液压支架技术[ M] ．北 京 煤 炭工业 出版社 综合机械化放顶煤开采技术 [ M] ．北京煤炭 2 0 0 3 ． [ 责任编辑 张银 亮] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m