厚煤层综采工作面大采高支架选型及应用

辛银春

(山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司，山西 忻州 034000)

1 引言

华盛庄旺煤矿煤层厚度较大，采煤方法或设备选型不当造成了煤炭资源的严重损失，因此，必须对厚煤层综采工作面大采高支架进行合理的选型。本文在保证工作面液压支架的稳定性和可靠性的前提下，根据支护强度的要求，对液压支架进行选型，并进行了现场应用，为华盛庄旺煤矿在厚煤层综采工作面大采高条件下提高顶煤回收率提供了科学的依据。

2 工作面概况

20103 综采工作面位于井田东南部，东部边界与南沟煤业有限公司相邻。井田边界均留有保安煤柱20m且均未开采，该工作面北部是蹬空区（5#层的50204采空区），南部是20102采空区，在工作面的西部是三条采区大巷：201采区轨道巷、201采区运输巷、201采区回风巷。该工作面现主采2#煤层，厚度为2.3～5.4m，属厚煤层，煤层沉积较稳定，煤层倾角较平缓，赋存稳定，顶板为深灰色细砂岩，底板为黑色泥岩或灰色砂质泥岩。因受断裂构造影响，局部煤层松软破碎，厚度有一定变化。

3 支架选型

3.1 支护强度计算

3.1.1 自重法计算支架支护强度

式中：

P-支护强度，MPa；

m-最大采高，2#煤取5.2m；

γ-顶板岩石容重，取2.6t/m³=2600kg/m3=26kN/m3。

P=(6～8)mγ=0.81～1.08(MPa)

根据实测数据计算支架的支护强度应为1.08MPa。

3.1.2 按估算法确定支架支护强度

支架支护强度按下式计算：

式中：

p-支架支护强度，kN/m2；

Kd-动载系数，取1.5；

r-上覆岩层容重，2.6t/m³；

h-最大控制距离，m；

h=M/δ-1=5.2/1.25-1=20.8m

式中：

M-2#煤层最大采高，取5.2m；

δ-岩石初期碎胀系数，1.25。

p=1.5×20.8×26=811.2kN/m³

根据估算法计算支架支护强度为0.81MPa。

3.1.3 按工作阻力验算支架支护强度

式中：

ρ-上覆基岩的容重，取2.6t/m³；

M-2#煤层最大采高，取5.2m；

L-支架支撑长度，m；

B-支架支撑宽度，m。

P=(6～8)×5.2×2600×4.630×1.75×9.8/1000

=(6441.2～8588.3)kN

3.2 支架选择

通过上述三种方法计算，设计选用郑州煤矿机械集团股份有限公司生产的中间支架ZY12000/28/62型低位液压支架，过渡液压支架ZYG12000/28/62。端头液压支架ZT14200/27/45，排头液压支架ZYT12000/24/50满足工作面支护技术要求。支架具体参数如表1所示。

表1 液压支架主要技术参数

4 工作面生产能力

4.1 工作面长度的影响

图1为支承压力影响范围随工作面长度的变化曲线。可以看出，当工作面长度为150m时，支承压力的最大影响范围超前工作面煤壁27m；当工作面长度为200m、250m、300m和350m时，最大影响范围分别为32m、36m、42m和45m。随着工作面长度的加大，工作面前方支承压力峰值相应增加，增加工作面长度有利于支承压力对顶煤的破碎。

4.2 综采工艺实测结果

综采工艺试验先后进行了一采一放单轮顺序放煤、两采一放单轮顺序放煤和两采一放双轮顺序放煤三种放煤工艺试验。原煤产量依据电子秤读数计量。

采用一采一放单轮顺序放煤工艺，放煤混矸率为24.4%，工作面回采率为81%；采用两采一放单轮顺序放煤工艺，放煤混矸率为18.17%，回采率为83%；采用两采一放双轮顺序放煤，放煤混矸率为11.56%，工作面回采率为89%。

5 结论

本文依据支护强度的要求，对液压支架进行选型，并进行了现场应用，取得了显著的经济和社会效益，对具有相似条件的煤矿也具有一定的参考价值和意义，具有广阔的应用前景。