综采工作面支架选型关键技术研究.pdf

论文题目 综采工作面支架选型关键技术研究 作者姓名 领域名称 指导教师 割至篷 墨芷王程 昱鏖 论文提交日期 论文答辩E l 期 授予学位E l 期 入学时间 研究方向 职称 旦且旦 6 6 6 一 生生生 B B B 一 0 0 0 一薹 S T U D Yo NT H EK E YT E C H N O L O G I E SO FH Y D R A U L I C S U P P O R T SS E L E C T I O NF O RM E C 丑滔N I Z E DM I N I N GF A C E AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t so f t h ed e g r e eo f M 【A S T E RO FP ⅢL O S O P H Y f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y b y L i u J u n f e n g S u p e r v i s o r P r o f e s s o rW uS h i l i a n g C o l l e g eo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g J u n e2 0 1 3 声明尸明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公 认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其 它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名≥4 。审缛 日 A F F I R M A T I o N 期 力／弓、以、，j Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o r t h ea w a r do fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gi n S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e ．T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e ． S i g n a t u n Z ；儿 ] 嘲 V D a t e - 7 0J 弓、以、，弓 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘要 液压支架是现代化综合机械化采煤过程中最重要的支护设备，正确选用液压支架对 提高综采工作面的各项指标，充分发挥综采设备的效能影响很大。随着神东矿区大柳塔 煤矿大井开采水平的延深，新开水平工作面煤层地质条件等发生了明显的变化，选择合 适的液压支架可以保证新开工作面安全、高效生产。因此，液压支架选型成为大柳塔煤 矿大井新开土作面亟需研究和解决的课题。 综采工作面液压支架选型主要包括以下几个方面的内容1 支架类型的选择；2 支架支护强度的确定；3 支架结构高度的确定等。其中以支架支护强度的确定最为重要 和关键。选择合理的支架支护强度，不仅使支架可以充分发挥其支顶护帮的功能，更是 工作面安全生产和人员安全的保证。 本文采用类比估算法和顶板结构模型法2 种不同的方法研究了大柳塔煤矿大井新开 4 2 1 0 1 工作面支架合理工作阻力、支护强度和顶板压力。首先，分析了具有相似生产条 件的石圪台煤矿已采2 2 上2 0 4 工作面的实测矿压规律，运用自主创新的理论“四取其一” 的方法核定了已采2 2 上2 0 4 工作面合理支架工作阻力，以核定的已采工作面合理支架工 作阻力为基础，采用类比估算法估算新开大柳塔煤矿大井4 2 1 0 1 工作面的合理支架工作 阻力；其次，按照山东科技大学宋振骐院士提出的实用矿山压力理论，确定新开4 2 1 0 1 工作面上覆岩层运动发展的规律、矿山压力的分布和显现以及工作面上覆岩层运动的关 系等，并以此为基础，采用顶板结构模型法计算新开4 2 1 0 1 工作面的顶板压力和合理支 架支护强度；最后，综合2 种方法，确定新开4 2 1 0 1 工作面支架的合理工作阻力、支护 强度和顶板压力，为新开4 2 1 0 1 工作面支架选型提供重要理论参数。 研究表明，大柳塔煤矿大井新开4 2 1 0 1 工作面支架主要技术参数支架类型为二柱 掩护式，支架合理工作阻力6 8 1 2 k N ，支护强度O ．8 1 M P a ，支护高度5 5 0 1 6 0 0 m m ，支架 中心距1 7 5 0 m m 。 关键词实用矿山压力理论，顶板结构模型法，类比估算法，“四取其一”法， 液压支架选型 山东科技大学硕士学位论文 A b s t r a c t A b s t r a c t T h eh y d r a u l i cs u p p o r ti st h em o s ti m p o r t a n ts u p p o r te q u i p m e n t si nm o d e mm e c h a n i z e d m i n i n gp r o c e s s ，t h ec o r r e c ts e l e c t i o no ft h eh y d r a u l i cs u p p o r tt oi m p r o v et h ei n d i c a t o r so f m e c h a n i z e dm i n i n gf a c e ，a n dg i v ef u l lp l a yt ot h ep e r f o r m a n c ei m p a c to fm e c h a n i z e dm i n i n g e q u i p m e n t ．W i t ht h ed e p t ho ft h ew o r k i n gl e v e lo fD aL i u t aD a j i n gc o a lm i n ei nS h e n d o n g m i n i n ga r e a , c o a ls e a mg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so c c u r r e ds i g n i f i c a n tc h a n g e so fw o r k i n g f a c ei n n e w l e v e l ，s e l e c i n g tt h ea p p r o p r i a t eh y d r a u l i cs u p p o r tc a ng u a r a n t e et h a tt h en e w f a c es e c u r i t y , e f f i c i e n tp r o d u c t i o n ．S o ，s e l e c t i o no fh y d r a u l i cs u p p o r tu r g e n tn e e dt os t u d ya n dr e s o l v et h e i s s u eo fn e wf a c ei nD aL i u t aD a j i n gc o a lm i n e ． S e l e c t i o no fh y d r a u l i cs u p p o r to ff u l l ym e c h a n i z e dc o a lf a c em a i n l yi n c l u d e st h e f o l l o w i n ga s p e c t s 1 S e l e c t i o no ft h es u p p o r t st y p e ；2 D e t e r m i n a t i o no f t h es u p p o r t ss t r e n g t h ； 3 D e t e r m i n a t i o no ft h eh e i g h to fs u p p o r t ss t r u c t u r e ．B u t ，t h em o s ti m p o r t a n ta n dc r i t i c a li s d e t e r m i n a t i o no ft h es u p p o r t ss t r e n g t h ．S e l e c t e dt h er e a s o n a b l es u p p o r t ss t r e n g t h ，n o to n l y s u p p o r t sc a ng i v ef u l lp l a yt ot h ef u n c t i o no fs t r u t i n gt o pa n ds i d ew a l lp r o t e c t i o n ，b u ta l s ot h e a s s u r a n c eo ff a c ep r o d u c t i o ns a f e t ya n dp e r s o n n e ls a f e t y ． T h i sp a p e rs t u d i e dr e a s o n a b l es u p p o r tr e s i s t a n c e ，s u p p o r t i n gs t r e n g t ha n dr o o fp r e s s u r eo f 4 2 1 0 1f a c eo fD aL i u t aD a j i n gc o a lm i n eb ya n a l o ge s t i m a t i o nm e t h o da n dr o o fs t r u c t u r a l m o d e lm e t h o dt w od i f f e r e n tw a y s ．F i r s t ，a n a l y z e das i m i l a rp r o d u c t i o nc o n d i t i o n so ft h e p r e s s u r el a w o fS h iG e t a im i n e df a c e ，a p p l yi n d e p e n d e n ti n n o v a t i o nt h e o r y “O n eF r o mF o u r ’ m e t h o d sa p p r o v e dm i n i n g2 2 2 0 4f a c er e a s o n a b l es u p p o r tw o r k i n gr e s i s t a n c e ．O nt h eb a s i s ， a p p l ya n a l o ge s t i m a t i o nm e t h o de s t i m a t er e a s o n a b l es u p p o r tw o r k i n g r e s i s t a n c eo f4 2101f a c e o fD aL i u t aD a j i n gc o a lm i n e ；S e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fp r a c t i c a lm i n e sp r e s s u r eb y a c a d e m i c i a nS o n gZ h e n q io fS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , d e t e r m i n e dt h e o v e r l y i n gs t r a t a m o v e m e n tl a w , d i s t r i b u t i o na n da p p e a r a n c eo fg r o u n dp r e s s u r e ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eo v e r l y i n gs t r a t am o v e m e n te c t ．o f4 2 101f a c e ，o nt h eb a s i so ft h e s e ， c a l c u l a t er o o fp r e s s u r ea n dr e a s o n a b l es u p p o r t ss t r e n g t ho f4 2101f a c eb yt h er o o fs t r u c t u r a l m o d e lm e t h o d ；L a s t ，c o m p r e h e n s i v et h et w om o t h o d s ，d e t e r m i n e dr e a s o n a b l e s u p p o r t r e s i s t a n c e ，s u p p o r t ss t r e n g t ha n dr o o fp r e s s u r eo f4 2 101 f a c e ，p r o v i d i n gi m p o r t a n tt h e o r e t i c a l p a r a m e t e r sf o rt h es u p p o r t ss e l e c t i o no f4 2 101f a c e ． 山东科技大学硕士学位论文 A b s t r a c t S t u d i e ss h o w s ，f o r4 2101f a c e ，R e a s o n a b l es u p p o r tt y p ei sT w o L e gS h i e l d ，R e a s o n a b l e s u p p o r tr e s i s t a n c e6 8 1 2 k N ，R e a s o n a b l eS u p p o r t ss t r e n g t hO ．8 1 M P a ，R e a s o n a b l es u p p o r t h e i g h t5 5 0 - 16 0 0 m m ，R e a s o n a b l eS u p p o r r t sc e n t e rd i s t a n c e17 5 0 m m ． K e y w o r d s T h et h e o r yo fp r a c t i c a lm i n e sp r e s s u r e ，T h er o o f s t r u c t u r a lm o d e lm e t h o r d s ， A n a l o ge s t i m a t i o nm e t h o d s ，‘‘O n eF r o mF o u r ’m e t h o d ，H y d r a u l i cs u p p o r t 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 1 绪论。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．。。．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。。⋯⋯．．．1 1 ．1 课题的提出及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 主要研究内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 1 ．4 主要创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 液压支架选型理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．14 2 ．1 液压支架选型原则和步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 液压支架选型主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 大柳塔煤矿大井支架选型研究。～ 2 2 ， 3 ．1 工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 工作面支架类型的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 工作面支架工作阻力和支护强度的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．4 工作面支架结构高度的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 3 ．5 工作面支架主要参数的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 3 ．6 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 不同支护强度工作面矿压显现规律数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．1 研究目的和软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．2 液压支架支护强度对工作面矿压显现的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．5 9 4 ．3 ／J 、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 5 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 攻读硕士期间的主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 山东科技大学硕士学位论文C o m e n t S C o n t e n t s 1 I n t r o d u c t i o n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．1 P r o p o s e da n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c eo f t h es u b j e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2C u r r e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no f d o m e s t i ca n do v e r s e a ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3M a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dm e t h o d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1l 1 ．4M a i ni n n o v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2T h e o r e t i c a la n a l y s i so fh y d r a u f i c s u p p o r t s e l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．1 2 ．2 P r i n c i p l e sa n ds t e p so f h y d r a u l i cs u p p o r ts e l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 M a i nc o n t e n t so f h y d r a u l i cs u p p o r ts e l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 2 ．3 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 S t u d yo fh y d r a u l i cs u p p o r ts e l e c t i o no fD aL i u t aD a j i n gm i n e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．1 E n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．- ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2D e t e r m i n e ds u p p o r t st y p eo f n e wf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．3D e t e r m i n e ds u p p o r tw o r k i n gr e s i s t a n c ea n ds u p p o r t ss t r e n g t ho f n e wf a c e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．2 7 ；．4D e t e r m i n e ds u p p o r ts t r u c t u r eh e i g h to f n e wf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 3 ．5D e t e r m i n e dt h em a i np a r a m e t e r so f s u p p o r t so f n e wf a c e ⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯5 6 3 ．6 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fs t r a t ab e h a v i o rr e g u l a r i t yw i t hd i f f e r e n ts u p p o r ts t r e n g t h ．5 9 4 ．1R e s e a r c hp u r p o s e sa n ds o f t w a r ed e s c r i p t i o n ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 4 ．2A f f e c to f s t r a t ab e h a v i o rr e g u l a r i t yb ys u p p o r ts t r e n g t h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．3 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．6 4 5M a i nc o n c l u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 T h a n k s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 R e f e r e n c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 M a i nw o r ka c h i e v e m e n to ft h ea u t h o rd u r i n gw o r k i n go nm a s t e rp a p e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 I I 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 绪论 1 ．1 课题的提出及研究意义 中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。据不完全统计，我国煤炭探明总储量在 9 0 0 0 亿t 以上，居世界前列，已知含煤面积5 5 多万k m 2 ，而且煤种齐全。在我国一次能 源消费结构中，煤炭占7 5 ％以上，煤炭不仅是我国的基本燃料，而且是重要的工业原料， 从煤种可以提取2 0 0 多种产品，这些产品都是我国社会主义经济建设和人民生活所必需 的【l 】o 综合机械化采煤工艺是目前最先进的采煤工艺，也是我国煤炭工业技术发展的主要 方向，即“破、装、运、支、处”5 个主要生产工序全部实现机械化【。液压支架是现代 化综合机械化采煤过程1 申最重要的支护设备，．正确选用液压支架X 寸提高综采面各项指标， 充分发挥综采设备的效能影响很大吼液压支架选型主要包括2 个方面的因素一是对 工作面顶底板条件的适应；二是支架应具有良好的支撑性能；归结为一点就是支护强度 的确定【2 4 】。目前工作面支架工作阻力确定的方法有1 类比法估算支护强度；2 “支 架一围岩“ 关系矿压模型定量计算法；3 支架支护合理性验证。 1 ．1 ．1 项目背景 根据最新的采掘接续安排，神东公司下属的9 个矿井1 4 个工作面均已进入或即将进 入埋藏深度超过3 0 0 米的区域进行采煤，同时多个矿井正在实施新的盘区及水平接续工 程，为了确保上述矿井在深埋深和新的盘区及水平内的安全回采，急需进行矿压规律研 究，提出合理的支架选型建议。因此，开展神东矿区新开盘区及水平首采工作面的支架 选型研究，十分必要。 1 ．1 ．2 项目进展过程 1 投标 2 0 1 2 年1 0 月，中国神华能源股份有限公司神东煤炭集团发出神东矿区新开水平 和盘区的支架选型设计研究项目招标邀标函，2 0 1 2 年1 1 月7 日，山东科技大学参加 竞标。2 0 1 2 年1 1 月1 6 日神东煤炭集团公示山东科技大学中标结果。 2 调研 2 0 1 2 年1 1 月1 8 日山东科技大学课题组到达神东矿区，进行9 个矿井及工作面的基 山东科技大学硕士学位论文绪论 础资料调研工作。通过召开专题座谈会和查阅调取资料的方式，获取了新开盘区首采工 作面地质条件、岩石物理力学性质，已开采盘区的地质条件、生产条件及设备配套情况、 工作面生产效果和工作面矿压监测参数等。 课题组初步完成项目现场调研工作后，编写了调研成果报告和项目实施方案。2 0 1 2 年11 月2 3 日下午向神东煤炭集团进行了项目实施方案汇报，并达成共识。 项目进行过程中，课题组又调取了相关矿井及工作面补充资料。 大规模系统的调研为项目研究顺利进行提供了基础资料。 3 授予合同 神东煤炭集团于2 0 1 3 年2 月2 日完成项目合同审定。 4 研究进程 投标书规定，投标方在接到业主开工通知后，按业主要求的开工日期开工，并在9 0 日历天的工期内完成本合同项目，达到招标文件规定的合格质量等级要求。 2 0 12 年’I u 月2 4 日，课题组开始神东矿区9 个矿井1 4 个工作面的支架选型设计工 作。合同规定的项目起止时间为2 0 1 2 年1 1 月1 6 日至2 0 1 3 年2 月1 1 日，时间紧、任务 重、要求高是项目的鲜明特点。 2 0 1 3 年2 月5 日，课题组初步完成了项目计划任务书和合同规定的研究任务。 5 提交初步研究成果 1 2 0 1 3 年1 月2 1 日，向神东煤炭集团提交布尔台矿4 2 煤支架选型研究报告 l 份。 2 2 0 1 3 年2 月7 日，向神东煤炭集团提交9 矿支架选型研究报告1 2 份。 6 项目阶段验收 2 0 1 3 年2 月7 日，课题组向神东煤炭集团汇报项目成果，神东煤炭集团组织项目阶 段验收，出具神东矿区新开水平和盘区的支架选型设计研究科研项目阶段验收会议 纪要，纪要认为项目进行了充分的前期调研，根据方案要求做了大量工作，基本完成了 合同所规定的研究内容，达到了预期的目标。纪要还提出了需补充完善的6 点研究内容。 7 项目成果的修改和最终提交 根据阶段验收纪要要求，课题组进一步对所有工作面的支架选型结果进行了重新检 验。 1 2 0 1 3 年2 月2 5 日～3 月2 日，提交石圪台矿3 1 煤四盘区、补连塔矿2 2 煤四 盘区和布尔台矿4 2 煤支架选型报告3 份。 山东科技大学硕士学位论文绪论 2 2 0 1 3 年3 月3 日～3 月1 0 日，提交支架选型报告9 份及项目总结报告1 份。 8 项目成果验收 2 0 1 3 年3 月1 2 日，神东煤炭集团组织国内专家和神东煤炭集团专家对项目验收。 1 ．1 ．3 项目鉴定结果 2 0 1 3 年3 月1 2 日，神东煤炭集团公司组织相关技术专家，对山东科技大学承担的 神东矿区新开水平和盘区的支架选型设计研究项目进行了验收，经审阅研究报告和 质询、讨论，形成验收意见和建议如下 1 验收意见 1 课题组对神东矿区已采盘区工作面的开采技术条件和矿压规律进行了系统的调 研和总结分析，在对神东矿区各研究矿井的矿压显现规律进行理论计算、数值模拟、工 程类比的基础上，提出了新开水平和盘区工作面的矿压显现特征和参数，确定了合理的 采煤方法和工艺参数； 2 首次提出了评价神东矿区已采工作面支架合理工作阻力的靠四取其一黟方法 支 架工作阻力4 个值为额定工作阻力、平均阻力、一倍均方差阻力和二倍均方差阻力 ，论 述了“四取其一”方法的目标、定义、使用条件和操作流程，以此作为神东矿区条件类 似新水平、新盘区工作面支架合理工作阻力确定的类比依据，为神东矿区工作面支架合 理工作阻力的确定提供了可操作的实用方法； 3 研究报告采用“四取其一”方法和顶板结构模型定量计算法，综合确定新开工 作面支架合理工作阻力、支护强度、支架型式和主要参数，并对矿区目前所用支架在新 开工作面使用的适应性进行了评价； 4 研究报告提出了支架支护强度对加大工作面长度的制约条件及数量特征； 5 课题组完成了神东矿区新开水平和盘区的支架选型设计研究项目的计划任 务书和合同规定的研究内容。验收组专家一致同意通过项目验收。 2 验收建议 1 进一步补充完善支架架型选择与支架参数关系的研究； 2 课题组对“四取其一”方法在神东矿区的应用提供必要的培训。 1 ．1 ．4 课题的提出 本文以大柳塔煤矿大井新开4 2 1 0 1 工作面为工程背景，系统的研究了综采工作面支 架选型的理论方法，使综采工作面支架选型工作更加理论化、系统化和实用化，具有一 定的工程应用价值。 3 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 液压支架发展现状 1 ．2 ．1 ．1国外液压支架发展概述 1 9 5 4 年英国首次研制出垛式液压支架，紧接着法国研制的节式液压支架代替了木支 架和金属摩擦支架，开辟了采煤工作面支护设备的技术革命。6 0 年代，前苏联研制并改 进的O M K T 型掩护式支架 具有四连杆机构 ，解决了支架端距变化的问题，开辟了液 压支架设计的新时代；7 0 年代主要是“立即支护”方式；1 9 8 0 年前西德赫母夏特公司开 发出G 5 5 0 ．2 2 ／6 0 掩护式支架，最大高度6 m ；为提高生产能力，降低生产成本，2 0 世纪 7 0 年代中期，英国煤炭局首先提出研制电液控制液压支架，最先将电液控制液压支架用 于长壁工作面的是澳大利亚的科里曼尔煤矿，由7 4 家英国原道锑公司研制的四柱垛式液 压支架组成，1 9 8 1 年工作面投产，但技术尚不够完善。1 9 8 3 年底英国原道锑公司又为美 国坎塞尔煤矿制造了诱按钮式微机控制液压支架，19 8 4 年投产跏。1 9 9 5 年底英国原道锑 公司又研制出全工作面集中电液控制系统。威斯特伐利亚一贝考瑞特公司研制出更为先 进的P ．M 3 和P ．M 4 电液控制系统。现在电液控制系统已经发展为综采全套设备可视化 集成控制阶段。 8 0 年代以来，世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本，实现矿 井集中生产做努力。他们积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新一代重 型液压支架的研制。新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移 千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过4 0 0 m m ，为减少割 煤时间，一般采用0 ．8 ～l m 的截深，支架还采用屈服强度8 0 0 ～1 0 0 0 M P a 的钢板，既有较 高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为 适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为 4 0 - - , 5 0 M P a ，额定流量4 0 0 - - , 5 0 0 L ／m i n ，可实现工作面成组或成排快速移架，达到6 ～8 s ／架 【4 】 a 美国是世界上最先进的采煤国家，早在1 9 9 0 年就已采用额定压力5 0 M P a 、额定流 量4 7 8 L ／m i n 的乳化液泵站，以实现支架快速推进，移架速度达伊8 S ／架。美国的高产高 效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命8 ～1 0 年，可用率高达9 5 ％～9 8 ％。支架平均工 作阻力6 4 7 0 k N 最大9 8 0 0 k N ，支架宽度普遍增大，中心距达到1 ．7 5 m ，并向2 m 发展， 增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产【1 6 1 。 4 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 ．2 ．1 ．2 国内液压支架发展概述 我国液压支架发展历程可以分为4 个阶段 1 学习起步阶段。我国从2 0 世纪7 0 年代初开始液压支架的研制工作，基础条件很 差，一切都是从零开始，所需的板材、管材及液压管胶等都需要研制及试验。1 9 6 4 年由 太原分院和郑州煤机厂设计7 0 型迈步式自移支架，从此开始了液压支架的国产化道路【5 1 。 在广大科研工作者的辛勤努力下，先后研制出了垛式、节式及掩护式支架，为我国液压 的发展奠定了基础，为以后液压支架的研制积累了经验。 2 引进、消化、吸收、发展阶段。2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初我国分3 次大规模 地引进国外支架，尤其是第3 批引进了当时西方国家较为先进的综采设备共1 0 0 套，其 中的液压支架主要以二柱掩护式和四柱支撑式为主，支架的参数和性能比以往进口支架 有明显提高。1 9 8 4 年