两用低位放顶煤液压支架及其应用.pdf

第 1 6卷 第5期 总第 1 0 2期 2 0 1 1年 l O月 煤 矿 开 采 Co a l mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 1 6 N o ． 5 S e r i e s N o ． 1 0 2 Oc t o b e r 2 0 1 1 两用低位放 顶煤液压支架及其应用 阚世 光 枣庄矿业集 团公 司 物流中心 ，山东 枣庄 2 7 7 6 0 6 [ 摘要] 为了满足采厚变化大的特厚煤层放顶煤开采合理采放比和提高采出率等问题，研制 了Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型大采高放顶煤液压支架，该支架集大采高支架和放顶煤支架的技术特点于一体， 支架的稳定性和顶梁前端支护、护帮效果好，同时顶煤的破碎更加充分，放煤回收率高、浮煤容易排 出，能满足在 3 ． 5 m高度放顶煤和在4 ． 5 m高度时一次采全高，并且放顶煤液压支架与工作面采煤机、 输送机等设备的合理配套，使得综采放顶煤工艺不断改进，经济效益更佳。 [ 关键词] 两用液压支架；放顶煤；大采高；复杂地质条件 [ 中图分类号]T D 3 5 5 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 1 0 5 - 0 0 6 1 - 0 2 Lo w To p- c o a l Ca v i n g Po we r e d S up po r t a n d I t s Ap pl i c a t i o n 田陈煤矿 7 1 0 6工作面煤厚 2 ． 5～ 9 ． 8 m，由于 工作面地质条件复杂、煤层厚度变化大，采用普通 放顶煤支架开采 4 ． 5 m以下煤层，丢煤太多，浪费 资源；改用一次采全高支架需要进行重复投资，且 不能满足 5 m以上中厚煤层的开采需要。为此 ，枣 庄矿业集团和天地科技股份有限公司合作研制了适 应煤层厚度变化大的工作面 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7液压支 架，该支架 既能在 3 ． 5 m 高度放顶煤，又能在 4 ． 5 m高度一次采全高，实现了大采深大采高煤层 安全高效开采。 1 支架特点 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型大采高放顶煤液压支架为低 位放煤的支撑掩护式液压支架，掩护梁后部铰接一 个带有插板 的尾梁 ，尾梁可 以上下摆动 摆 动 幅 度在 4 5 。 左右 ，用 以松动顶煤 ，并维持一个 落煤 空间。尾梁 中间有一个液压控制的放煤插板 ，用于 放煤和破碎大块煤 ，具有连续 的放煤 口。主要技术 参数见表 1 ，结构见 图 1 。 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7液压支架主要特点如下 1 由于具有连续 的放煤 口，放煤效果好， 没有脊背损失，回收率高。 2 煤壁到放煤 口的距离较 长，经过顶 梁的 反复支撑，顶煤破碎较充分，对放煤有利。 3 后输送机沿底板布置，浮煤容易排出、 移架轻快，同时尾梁插板可以切断大块煤，放煤口 不易堵塞 。 4 增大后部空间和尾梁向上摆动力，使其 在较硬煤层中使用时也可让顶煤顺利放落。 5 拉后输送机千斤顶耳座 与刮板输送机采 用 “ 软”联接 ，改善了运输状况。 表 1 液压支架主要技术参数 参数 指标 参数 指标 高度／ mm 2 3 0 0～ 4 7 0 0 中心距／ m m 1 5 0 0 宽度／ ram 1 4 3 0～1 6 0 0 初撑力／ k N P P a 工作阻力／ k N f P P 支护强度／ MP a 0 ． 9 0～ 0 ． 9 2 痔 磐 0 ． 3 5 2 ． 1 ≤ 1 5 比 压 ／ M P a 一 一 倾 角 ／ 。 泵站压力／ MP a 3 1 ． 5 操作方式 本架控制 送机 5 6 0 0 支架重量／ k g 2 7 7 0 0 中心距／ mm 2 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7液压支架现场应用 2 ． 1 7 1 0 6工作面概况 7 1 0 6工作面位置如 图 2所示。该工作 面采深 为 7 1 5～7 6 9 m。走 向长 1 3 1 8 m，倾斜长 1 3 5 m，煤 层厚度 2 ． 5 9 ． 8 m，在切眼附近有一厚 9 m 以上条 带煤 ，煤厚变化较大 。受两侧较大断层影响，煤层 局部破碎、节理裂隙较发育。首采面左侧为邢寨支 断层 H1 0 0 m ，右 侧 为 F v 72 8 H 4 0～ 1 1 0 m ，中间被 F 7 2 4断层 圩1 8～2 8 m一分 为二。里面为一向斜构造，轴走 向近 8 O 。 ，因此， 7 1 0 6工作面以断裂 和褶皱构造 为主，总体形成一 构造复杂的地垒构造形态，外面为一宽缓的单斜构 造形态，煤层平均倾角 4 。 ，在走向及倾斜方向上 略有起伏 。 [ 收稿 日 期]2 0 1 1 0 7 0 6 [ 作者简介]阚世光 1 9 5 6 一 ，男，山东枣庄人，高级工程师， 现任枣庄矿业集团公司副总工程师，物流中心主任。 61 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第1 0 2期 煤矿开采 2 0 1 1年第5期 图1 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型大采高放顶煤液压支架总体结构 ／ ／ ／／1 图2 7 1 0 6工作面巷道布置 2 ． 2 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7液压支架应用情况 田陈煤矿于 2 0 0 8年9月开始使用 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型放顶煤液压支架 ，配套 MC , 4 0 0 ／ 9 3 0 一 WD采煤 机 ，S G z 8 3 0 ／ 8 0 0前部输送机和 S G z 8 3 O ／ 8 0 0后部输 送机。 放顶煤开采时的工艺过程为割煤一移架一推移 前部输送机 放煤一拉后部输送机。工作面生产期 间采用 “ 追机”移架的方式对顶板进行及时支护。 在采煤机割煤后，先移支架，再移输送机，即割煤 一移架 移输送机。正常移架要滞后采煤机滚筒 2 ～ 4架 ，不得超过 4架。顶板破碎 、片帮超过规定 时要超前移架，工艺为移架 割煤 移输送机。现 场应用表明，该支架顶梁较长，控顶距离长，对周 期来压强烈的顶板支护能力强。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 6 2 支护能力强，避免煤壁片帮和端面冒顶。 7 1 0 6工作 面采用综放 开采技术 ，工作面 日产 过万吨。自2 0 0 9年 1 月至 8 月， 7 1 0 6工作面累计 采出率为 8 7 ． 7 4 ％ ，损失主要包括两个方面 1 浮煤损失主要 由底板浮煤和溢出溜槽的 煤组成，约 占工作面总损失的 5 ％，损失率为 o ． 7 3％ 。 2 放顶煤损失主要由工作面端头顶煤损失 和纯放煤工艺损失组成，约占工作面损失的9 5 ％， 损失率为 1 1 ． 5 3 ％。其中两端头顶煤损失约 占总损 失的 1 5 ％，损失率 1 ． 7 2 ％；纯放煤损失约占总损 失的7 5 ％，损失率 8 ． 6 5 ％。放顶煤液压支架与工 作面采煤机、输送机等设备合理配套， 一次完成煤 炭资源回采，节约了掘进巷道、铺设金属网假顶等 支护材料费用， 实现了工作面的高产高效。 3 主要结论 针对大采深、大采高，且厚度变化较大的煤 层，研制了Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型新型两用放顶煤液压 支架，达到了提高工效、降低成本，增加产量的良 好经济技术效果。进行了工业性试验，形成了示范 性工作面 田陈煤 矿 7 1 0 6工作面。取得如下主 要成果 1 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型大采高放顶煤液压支架 集大采高支架和放顶煤的技术特点于一体，支架的 稳定性和顶梁前端支护、护帮效果好，顶煤破碎更 加充分 。 2 该支架采高范围大。4 ． 5～1 0 m厚煤层采 用综放开采，3 ． 8 4 ． 5 m厚煤层作普通液压支架使 用 ，一次采全高 。 下转 1 8页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 0 2期 煤矿 开采 2 0 1 1 年第5期 面上流动时 ，都存在一个流动滞缓 的边界层。边界 层的流速远低于内部流体的流速。边界层的存在， 是固体表面对流体分子亲和作用的结果。边界层通 常很薄 ，对于管道流动来说 ，几乎不影响管径的大 小 ，但对于细小的煤岩孔裂隙来说 ，边界层 的影响 就不能忽略了。边界层的存在，使孔径变小，渗透 率将降低。实验中 H e 测量的渗透率比C H 高，而 C H 的测量结果又比 C O 高。这是因为极性固体 表面对非极性气体 H e的吸附作用最弱，边界层也 最薄，因而渗透率最高。C O 的极性最强，边界层 也最厚，因而渗透率也最低。 2 实验过程 中，由于煤样试件 吸附瓦斯量 的增加使得煤基质产生膨胀，降低了煤体孔隙率， 从而造成瓦斯在煤体中的流动通道面积减少，直接 增加了瓦斯在煤体中的流动阻力。 3 在瓦斯流向上，将煤体划分为若干个膜 传质单元 如图8 所示 ，根据 L a n g m u i r 界面动态 吸附理论 知，固体表面吸附是个动态平衡的过 程，当瓦斯渗透过煤体定向传递时，煤体表面吸附 应是吸附速度、脱附速度与传递速度三者的平衡过 程，因此，煤体的每个膜单元传质过程包括瓦斯 1侧膜表面的动态吸附过程 、膜 内部 的扩散过程 、 瓦斯 2侧膜表面的动态脱附过程 ，如图9所示。 渗透通量 入 图8 一维瓦斯流向上煤体传质单元的划分 膜单元． 脱p J l cl 豢 王 渗透通量 图9 膜单元 瓦斯动态吸附传递过程 因此， 煤体膜单元的动态吸附传质阻力为界面 吸附阻力、内部渗透阻力及界面脱附阻力的串联。 无吸附作用时气体在煤体中的渗透阻力只来 自于煤 体结构本身，而无界面吸附与脱附阻力。瓦斯气体 在煤体中渗透时 “ 吸附一 脱附一 传递”的动态过程 也是影响煤体渗透特性的重要因素之一。 4结论 1 煤体本身结构的不均质性和渗透气体的 】 8 可压缩性，对于气体在煤体中渗流的非线性特征的 产生起着微小的作用，基本可以忽略不计。 2 影响煤体渗透特性的主控因素是煤对气 体介质的吸附作用。 3 由于煤对瓦斯 的吸 附作用 ，使得瓦斯在 煤体中的流动呈现出特有 的非线性特征。吸附瓦斯 对煤体渗透特性起着决定性的作用 ，吸附量大 ，渗 透率小 ，瓦斯在煤体中流动的阻力大，并且通过对 实验数据的拟合，发现煤岩渗透率与单位质量煤吸 附瓦斯量之间具有较好的负幂函数关系。 [ 参考文献] [ 1 ]林柏泉，周世宁 ． 煤样瓦斯渗透规律的实验研究 [ J ]．中国 矿业大学学报 ，1 9 8 7，1 6 1 2 1 2 8 ． [ 2 ]孙培德 变形过程中煤样渗透率变化规律的实验研究 [ J ]． 岩石力学与工程学报 ，2 0 0 1 S 1 1 8 0 1 1 8 0 4 ． [ 3 ]梁冰， 章梦涛，潘一山 ． 瓦斯对煤的力学性质及力学响应 影响的试验研究 [ J ]．岩土工程学报，1 9 9 5 ，1 7 5 ． [ 4 ]贺振华，邓英尔，刘树根，等 ．岩石弹性参数对渗流测试分 析的影响 [ J ]． 天然气工业， 2 0 0 6 ， 2 6 6 4 4 4 6 ． [ 5 ]徐曾和，徐小荷，徐继军 ． 可变形多孔介质渗透系数的测定 方法 [ J ]． 实验力学，1 9 9 8 ，1 3 3 3 1 4 - 3 1 9 ． [ 6 ]中华人民共和国行业标准编写组 ．岩芯常规分析方法 S Y ／ T 5 3 3 6 1 9 9 6 [ s ]．北京 石油工业出版社 ，1 9 9 6 ． [ 7 ]赵振 国 ．界面化学基础 [ M]．北京化学工业 出版社， 1 9 9 6 ． [ 责任编辑 施红霞] ．S I L． j I L． S ． ‘ I L舢． 喜 ． ； 屯 舢 舢． S 止． 止 上接 6 2页 3 支架采取双前连杆，整体单后连杆机构， 支架稳定性好，可靠性高；灵活的尾梁插板结构， 有利于放煤破煤 ；顶梁 、掩护梁设置双侧活动侧护 板，灵活方便，适应性强；支架重心后移，底座前 端加设抬底装置，方便移架，对底板适应能力强。 4 现场应用证明 Z F 7 0 0 0 ／ 2 3 ／ 4 7型放顶煤液 压支架具有结构紧凑 、支撑范围大、工作 阻力大 、 支撑稳定、通风断面大、人行方便、系统可靠等优 点。放顶煤液压支架与工作面采煤机、输送机等设 备合理配套，形成了高产高效的新型采煤方法。 [ 参考文献] [ 1 ]王国法． 煤矿高效开采工作面成套装备技术创新与发展[ J ]． 煤炭科学技术 ，2 0 1 0，3 8 1 6 3 6 8 ，1 0 6 ． [ 2 ]王建 民 ，王 宝坤 ．在 复 杂地 质条 件 下综 采轻 放 工艺 的 实践 [ J ]． 陕西煤炭， 2 0 0 7 3 5 5 5 7 ． [ 3 ]张开玉，郝朝宏 ．“ 三软”煤层 型钢单体支柱炮采放顶煤 开采技术 [ J ]．煤矿 开采 ，2 0 0 4，9 4 3 9 - 4 0 ． [ 责任编辑徐亚军] l▲r●● ●●●● 附 吸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m