复杂顶板条件高效综采液压支架的研制和应用.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 4 年第4 期 总第1 2 1 期 复杂顶板条件高效综采液压支架的研制和应用 魏宝军， 李 伟 ， 黄 勇 充矿集团有限公司 南屯煤矿， 山东 邹城 2 7 3 5 1 5 摘要针对兖州矿 区南屯煤矿九采区复杂顶板条件较大倾角煤层，通过对九采 区 3煤地质状 况进 行分析， 充分吸取国内外掩护式液压支架优点， 经过参数优化， 设计制造出了一套安全高效综采液压 支架， 通过现场使 用， 为复杂顸板条件较 大倾 角煤层开采设备配置积 累了经验。 关键词复杂顶板 ； 较 大倾 角； 安全高效 ； 液压支架 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 4 0 4 0 0 9 2 0 3 1 液压 支架设计依 据 1 ． 1 南屯煤矿九采区 3下 煤概况 九采 区位于矿井的中东部 ， 是 由四条大断层切割 而成 ， 西部为八采区东断层 ， 以九采 回风巷为界 ， 东部 为 F 断层 ， 以九采边界轨道为界 ， 北部为 F 4 断层 ， 以 井田边界为界 ， 南部为 F 断层 ， 以煤层露头为界 。 1 ． 1 ． 1 煤层情况 3下 煤层 ， 厚 0～ 4 ． 1 5 m， 平 均 3 ． 1 8 m、 黑色半亮型 煤 、 质较硬， 含黄铁矿， 结构简单， 在煤层下部有一层 0 ． 0 1 m～0 ． 2 7 m的炭质泥岩 ， 厚度稳定 。2 1号孔 附近 及南部被 风化变薄 。煤质 灰分 1 5 ． 5 0 ％，挥发分 3 9 ． 4 7 ， 属低硫煤 ， 煤质牌号气煤 。 1 ． 1 ． 2煤 层顸 底板 3} 层煤底板 ， 即 3 E 层煤与 3层煤之间的夹层 。 其厚度变化很大 ， 采区中部及深部丁 4 O 、 丁 4 5号钻 孔 ， 夹层 间距一般都小于 6 m， 最小仅 0 ． 7 2 m。采区西 北部一般都在 8 m以上 ，厚度 1 3 ． 8 8 m，夹层以粉砂 岩 ， 中砂 岩 ， 细砂岩 为主 ， 夹层小 的钻孔 ， 岩 性较单 一 ，以黑色粉砂岩为主。 3层煤顶板普遍为粉砂岩 ， 局 部以细砂岩 、 中砂岩为直接顶板。 3 下 煤层底板 直接底板为一层 0 ． 2 m～1 ． 6 0 m的 粉砂岩 ， 含泥质和炭质 ， 其问发育不完整的植物根部 化石 。其下为粉细砂岩互层 、 中砂岩 ， 及细砂岩 。 1 ． 1 - 3 地 质 构造 本采区是由四条大断层切割而成 ，西部为八采 区东断层 ， 以九采回风巷为界， 东部为 F 断层 ， 以九 采边界轨道为界 ， 北部为 F 断层 ， 以井 田边界为界 ， 南部为 F 断层 ， 以煤层露头为界 ， 受断层影 响次级构 造层发育 ， 本区内地质构造较复杂 。 煤层产状 煤层走向总体为北西向， 在采区东北 部受向斜和背斜影响 ， 煤层走 向变为近南 北向 ， 煤层 倾角 5 。 ～ 3 2 。 。在采区北部煤层倾角较小 ， 在东南部煤 层倾角较大， 根据 9 3 0 5 工作面揭露资料 ， 煤层倾 角最大 3 2 。 。 。 断层 采 区西部为八采东断层 ， 东部为 F 断层 和 F ． 断层 、 北部 为 F 4 断层 ， 受其影 响断层 附近小断层 发育 ，根据巷道揭露资料在采区西部和东南部揭露 断层较多。 1 ． 2 南屯煤矿九采区 3下 煤层矿压情况 1 ． 2 ． 1 9 3下l 6工作 面矿压情况 1 工作面概况。工作面东南上覆为 9 3 1 4采 空 区。工作 面地面标高 4 9 ． 6一4 8 ． 0 m， 平均 4 8 ． 8 m， 工作面标高 一 5 5 8 一 5 8 7 ． 5 m， 平均 一 5 7 2 ．8 m， 工作 面面长 1 1 3 ． 5 m， 推进长度为 5 5 2 ． 5 m， 煤层赋层稳定 ， 煤层厚度变化不大 ， 煤层平 均厚度为 3 ． 1 9 m， 煤层倾 角 1 ～7 。 ， 平均 4 。。老顶为 中砂岩 ， 灰 白色， 石英为 主， 斜层理， 分选性好 。普氏硬度为 f 6～8 ； 厚度 为 4 ． 3 8～1 1 ． 0 m， 平均厚度均为 9 ． 6 3 m； 直接顶为泥岩 ， 灰 黑色， 含砂质， 强度较底。 普氏硬度为 f 3～ 4； 厚度为 1 ． 3 7～1 ． 6 7 1 T I ， 平均厚为 1 ． 4 6 m； 伪顶 工作面范 围内 伪顶不发育 。直接底为粉砂岩 ， 浅灰色， 含泥质， 局部 相变为泥岩， 含植物根部化石 。普 氏硬度为 f 4～5 ； 厚度为 0 ． 7 5～1 ． 2 m， 厚度平均为 1 ． 0 m； 老底为 细砂 [ 4 】甘国．Y - ．钢骨架增强复合塑料管的管端法兰及制造方法． 中国国家发明专利 ， C N 1 8 8 0 8 2 5 A ． [ 5 】屈凡非，等．铜塑复合管注塑管件法兰．实用新型专利， ZL2 0l 1 2 03 48 073 ． 1 ． 作者简介 9 2 索祝伟 1 9 8 2 一 女 ， 河南省人 ， 2 0 0 5年毕业于平顶山学 院， 现在平煤股份十一矿从事技术工作， 助理3 - ． 程师， 主要研 究管道系统和巷道支护等矿用复合材料产品。 收稿 曰期 2 0 1 4 5 5 煤矿现代化 2 0 1 4 年第4 期 总第1 2 1 期 日 m 2 Y 6 8 o o ， l。 5 ／ t o 牲 掩 护 或 蕞 般 i ， 雕 忱 ， 擞 纯 、 动 2 自 丹 图 3 Z Y 6 8 0 0 ／ 1 9 ． 5 ／ 4 0型液压支架方案设计优化 图 2 支架支护强度变化 ， 支架 在 2 4 0 03 8 0 0 ram 高度范围内， 支护强度为 0 ． 9 4～1 M P a 。 3 支架对底板 比压小 ， 支架 在 2 4 0 0～3 8 0 0 ra m 高度范围内 ， 底座前端对底板 比压为 2 ． 1 ～3 ． 7 MP a 。 4 支架在 2 4 0 0 3 8 0 0 ram高度范 围内， 支架顶 梁合力 6 7 5 6～7 1 1 8 k N之间 。 5 支架初撑力在 5 0 3 3 ～5 3 0 3 k N之间。 3 工业性试验 Z Y 6 8 0 0 ／ 1 9 ． 5 ／ 4 0型液压支架设计完成并顺 利通 过 国家煤矿支护设 备质量监督检测 中心的检测 ， 然 后在兖矿集团机电设备制造厂按照标准生产并继续 试验， 2 0 1 2 年 5月，完成南屯煤矿整个工作面所需 1 0 0个支架的生产。 3 ． 1 地质条件 试验 地点为兖 州煤业 股份有 限公 司南 屯煤矿 9 3 0 3 工作面， 工作面地质条件如下 3 ． 1 ． 1 煤层情况 3 F 煤层 ， 厚 2 ． 2～3 ． 5 m， 平均 2 ． 8 4 m， 煤层赋存稳 定 ， 结构简单 ； 煤层为黑色半亮型煤 ， 条带状结构 ， 弱 玻璃光泽 ， 夹镜煤条带 ， 含黄铁矿星点 ； 煤层松软破 碎， 易冒落； 煤普氏硬度系数为 f _ 2 ～ 3 。 3 ． 1 ． 2煤 层顶 底 板 老顶为灰黑色粉砂岩 ， 夹薄层细砂岩 ， 有黄铁矿 晶体， 炭质条带， 含植物化石。普氏硬度为 f 3 4 ， 老顶即直接顶 。 直接底为灰色粉砂岩 ，上部灰黑色细粒含植物 化石及小炭块 ， 下部色浅粒粗 。 普氏硬度为 f 4 5 。 老底 为灰 黑色细砂岩 ， 以石英为主 ， 泥质胶结 ， 法语 水平层理 ，夹粉砂岩及泥岩条带 ，含少量黄铁矿晶 体 ， 含大量植物化石碎片。具水平或微波层理。普 氏 9 4 硬度为 f 5～6 。 3 ． 2 设备配套 工作面设备配套见表 1 。 表 1 工作面设备配套明细表 3 ． 3 试验结果 9 3 0 3工作面于 2 0 1 2年 8月 1 0日安装调试完毕 正式生产 ， 工作 面面长 1 4 1 ． 7 3 l m， 推进 长度 1 2 6 9 m， 工作面最大倾角 2 9 。 ， 该工作面于 2 0 1 3 年 3 月 3 0日 回采结束 ， 日产最高 6 3 2 8 t ， 月产最高 1 3 ． 7万 t 。高标 准 完成 了既定 目标 ，工作 面整个生 产过程 中 ， Z Y 6 8 0 0 ／ 1 9 ． 5 ， 4 0型 液压 支架经历 了直接顶 的初次垮 落 、 老顶的初次来压和多次周期来压， 支架工作状态 良好 ， 没有出现支架部件损坏现象 。 取得 了显著的社 会 、 经济效益。 4 社会效益分析 1 该项 目的试验成功 ， 使我 国复杂顶板条件较 大倾角煤层装备配套水平进一步提高，并进一步发 展和完善 了兖矿集 团综采 核心技术 ，推动了我 国煤 炭工业 的发展 。 2 该套设备可靠性进一步提高 ， 设备事故率明 显降低 ， 有利于工作面快速推进和安全高效生产。 3 支架支护 阻力增 大 ， 对顶 板支护能力增强 ， 明显改善了顶板维护状况 ， 杜绝 了顶板事故 ， 从而减 轻了工人的劳动强度和维护顶板时的不安全因素。 4 该套设备推广应用之后， 将进一步拓宽复杂 顶板条件较大倾角煤层开采技术的应用范 围，提高 综采技术水平， 促进综采技术的进一步发展。 参考文献 [ 1 ]王国法， 史元伟 ， 等． 液压支架技术 [ M ] ． 北京 煤炭工业出 版 社 ． 1 9 9 9 ． [ 2 ]王国法， 李政． 新型液压支架及液压支架技术发展方向 l J J ． 煤炭科学技术， 2 0 0 2 ， 3 0 9 1 3 ． 作者简介 魏宝军， 男， 1 9 7 2年‘ 1月 2 2日出生， 本科 、 毕业于辽宁工 程技术大学采矿工程专业， 工程师， 现任兖矿集团南屯煤矿综 采办公室副主任 从事综机设备配套及管理工作。 收稿 日期 2 0 1 4 5 5