西细庄矿1煤层简易支架选型及改进研究

蔡世忠　范宗乾　王振刚

摘 要：西细庄煤矿煤层赋存复杂，综采设备难以适应，选择合理的支架是保证产量的关键。本文针对开滦集团西细庄矿1煤煤层厚度变化大、工作面不规则、顶板条件复杂、频繁过断层等特点，确定了简易支架的类型，结合实际情况设计工作参数，改进支架的结构，探讨了其应用效果，为复杂煤层条件简易支架改进提供了技术保证。

关键词：架型分析 支架改进 支护强度 工作阻力

中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0096-02

西细庄矿年产量为45万吨，煤炭储量较小，在开采1煤层时，由于1煤层工作面走向长度短，开采频过断层、煤层厚度变化大、断层切割严重等因素，综采设备难以适应[1]，因此，研究简易支架选型及其适应性对西细庄矿具有重大意义。

1 地质概况

开采煤层1煤下厚上薄，下部煤层厚度2.4～2.5 m，为主采层。1煤上部为砂岩与泥岩互层，煤层顶板整体上属于厚度较小的复合顶板结构，对煤层开采不利[2]。1煤层直接底板为泥岩，遇水软化，难以控制其煤层柱状图如（图1）所示。1煤层存在落差较大断层并横穿工作面，顶板伪顶难以控制，造成大采高开采，片帮严重，顶板局部冒顶严重，难以布置出走向合适的正规综采工作面。

2 合理支架选型及改进

2.1 架型分析

（1）支架基本参数。

根据1煤地质情况、矿压数据，结合支护强度、支护面积计算支架的基本参数为：

工作阻力：4800 kN，支架高度：1.6～3.2 m，支架宽度：1.43～1.60 m，支架强度：>0.72 MPa（在使用范围内）。

（2）架型确定。

由于断层切割，有可能导致老顶的剪切运动破坏类型，要求支架有阻抗老顶滑移运动的反作用力，要求支架采用支撑掩护式、带前探梁、外套式伸缩前梁结构[3]，并配备适应过断层需要的其它机构[4]，支架结构如（图2）所示。

（3）面临问题。

实际生产过程中工作面行人道管路多，难以整理，不能保证行人畅通；挡矸板、挡矸鞋与支架的连接装置强度低，损坏严重；支架的前柱窝相对机采面而言无用，且梁的长度较短，和220刮板机配套后易造成端面距大，前排柱子靠挡煤板太近时，影响采煤机正常通过（采煤机接线室易碰到柱子，造成电缆的损坏）。

2.2 支架改进

针对支架实际问题对悬移顶梁型支架进行如下改进如图3所示。

（1）支架梁长增加200 mm，全长改为3000 mm。

（2）前柱窝改为中柱窝，便于初压时增设支柱，后柱窝距中柱窝300 mm。

（3）改变挡矸板和梁的连接装置变双孔连接为单孔连接且增大连接强度。同时缩小挡矸板宽度。

（4）改变挡矸鞋连接方式支柱下部用卡簧和挡矸鞋卡牢。

（5）改变高压管路布置方式将管路布置在梁上，留足畅通的人行道。

2.3 改进后支架工作阻力及支护强度计算

试采工作面直接顶的厚度为8 m，老顶的厚度7.4 m，通过近两个月的工作面的试采，老顶初次来压步距为36～38 m，设计取40 m。

（1）支护强度。

老顶初次来压时按老顶弯曲破坏计算支护强度[5]（老顶来压时有切顶的危险）：

PT=0.76 MPa

（2）工作阻力确定。

RT=S*PT（架间距按0.9 m考虑）。

RT=2258 kN

式中：

A为直接顶的作用力；M为第一岩梁厚度；γ为容重；L为老顶初次来压步距；Lk为支架控顶距离；S为支架的支护面积。

改进后的悬移支架能够满足老顶初次来压时支护强度的要求。

3 工程实践及展望

（1）现场应用。

采用所设计悬移支架成功实现了首采工作面1108及1123的安全回采，通过回采当中对支架工作状况的监测，可以判定该支架适合西细庄1煤层顶板控制要求，达到预期的支护效果，实现了高产高效的目标。

（2）展望。

改进后支架在回采过程中显示出优越的承载性能，良好的受力状况，运行平稳、安全可靠。该支架的成功应用，为同类条件下矿区提高生产水平、提高安全生产水平打下良好的基础，具有良好的发展前景。

参考文献

[1] 刘兆明.中小煤矿高产高效模式[M].天津：天津科学技术出版社，2012.

[2] 钱明高.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010，9：282-291.

[3] 史元伟.采煤工作面围岩控制原理和技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[4] 岳文辉.大采高强力液压支架的参数确定及结构设计[J].矿山压力与顶板管理，2003（3）：72-75.

[5] 郭朋星，赵辉.大采高液压支架选型及适应性分析[J].煤炭技术，2010，12：4-5.endprint