薄煤层充填工作面液压支架选型研究

总第215期2021年第3期
机械管理开发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
T o ta l 215
N o.3,2021
D01:10.16525/l4-1134/th.2021.03.027薄煤层充填工作面液压支架选型研究
赵志红
(山西兰花集团莒山煤矿有限公司，山西晋城048027)
摘要：以莒山煤矿9号煤层为研究背景，对充填工作面液压支架进行了系统的研究，首先根据煤层实际情况 确定支架支护高度为支架结构形式为四柱支撑式，通过理论计算，确定支架支护强度为0.46 M Pa。

在此基础上设计了 Z C640(V11/19D型液压支架，并给出了主要技术参数和结构特征，最后介绍了支架的电液 控制系统，以期为后期支架设计与采购提供参考借鉴。

关键词：薄煤层充填工作面液压支架选型支护参数电液控制系统
中图分类号:TH137 文献标识码:A
引言
液压支架作为一种维护工作面作业空间的结构 体，对综采工作面安全生产具有十分重要的意义[1-弋其工作阻力、结构型式、控制方式及与采煤机和刮板 机的配套情况对应用效果具有一定的影响近年来随着煤炭资源的逐渐减少，许多矿井开始尝试使 用充填开采，本文针对莒山矿9号煤层实际充填开 采地质条件，对工作面充填支架进行了研究。

1开采地质条件
莒山矿9号煤层位于太原组第三段下部区域，煤层厚度为〇.95~1.62 m，平均厚度为1.3 m,煤层顶 板为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，底板以泥岩为主，部 分区域为砂质泥岩，该煤层为矿井范围内稳定煤层，全区域可采。

2支架主要参数分析
2.1支护髙度确定
一般来说，支架支护高度与所采煤层息息相关，支护高度范围应可以覆盖煤层高度范围，即最大支 护高度应大于煤层最大高度0.2 m以上，且最小支 护高度应低于煤层最小厚度0.2 m以上。

9号煤层最大高度为1.6m,为保证9号煤层全 部开采及支架与采煤机的空间匹配关系，支架最大 高度不低于1.8 m，考虑后期支架设计情况，确定支 架最大高度为1.9 m。

基于充填开采对支架空间结构 的要求,支架最小高度确定为1.1m。

2.2架型的确定
目前综采工作面支架型式主要由两柱式和四柱 式两大类，两柱掩护式支架顶梁较小，对工作面顶板 适应性强，控制系统相对简单，因此广泛用于一次采 全高的综采工作面;四柱式支架主要顶梁较长，对坚
收稿日期：2020-12-28
作者简介：赵志红（1987—），男，山西晋城人，本科，毕业于黑 龙江科技大学采矿工程专业，副总工程师。

文章编号：1003-773X(2021 )03-0062-03
硬顶板具有良好的适应性，同时由于其结构稳定性 较强，广泛用于放顶煤工作面。

莒山矿9号煤层采用 综采泵送膏体充填技术，要求架前开采与架后充填 同时进行，根据实际工艺要求，支架结构型式确定为 特殊的四柱支撑式结构。

2.3支护强度分析
支架支护强度可按下式计算：
P=KtK2-^y.(1)
K-L
式中:P为支架支护强度，MPa;A：2S采动影响系数，根据以往矿压监测，取2;y为工作面上覆岩层容重，取25 kN/n^A岩石碎胀系数，考虑薄煤层上部煤层 已采，上覆岩层已受扰动且趋于稳定从取1.21;//为 支护高度，取煤层最大米局，1.6m;A^为安全系数，由于莒山矿9号煤层开采时上覆3号煤层已采空，顶板岩层受采动影响，工作面进出上覆3号煤层遗 留煤柱时覆岩应力增大，要求支架具有较大支撑应 力，这里取安全系数尺,=1.2。

将各参数代入，得支架支护强度士0.46 MPa。

3支架设计
3.1主要技术参数及结构特征
根据上述分析，9号煤层工作面液压支架支护强 度不低于0.46 MPa，考虑到安全阀开启性能、3号已 采煤层上覆垮落岩层重复采动及工作面进出3号煤 层残留煤柱时集中应力影响等因素，结合9号煤层 充填开采技术方案及支架布置情况综合分析，充填 工作面支架型号为ZC6400/11/19D型（见下页图1), 其主要技术参数如下:支架型式为四柱支撑式;支撑高 度为1 100 ~ 1 900 mm;支架宽度为1 430 ~ 1 600 mm;支架中心距为1 500 mm;平均支护强度约0.5 MPa;平均底板比压约1.7 MPa;工作阻力为6 400 kN (P=38.5 MPa);初撑力为 5 232 kN(P=31.5MPa);操 作方式为电液控制;泵站压力为31.5 MPa ;移架步距为
2021年第3期赵志红:薄煤层充填工作面液压支架选型研究
.63 .
图1 ZC 6400/11/19D 型液压支架
800 mm 。

支架主要结构特征如下：1) 支架前部主体采用四柱支撑掩护式结构，以 确保支架的稳定性。

2) 支架采用整体顶梁，顶梁后部铰接前梁机构， 有利于维护正常的充填作业空间。

3) 支架采用四连杆稳定结构型式，便于在正常 采高范围内前部采煤作业区与后部充填作业区的相 邻支架间行人。

4) 支架前、后顶梁设计双侧活动侧护板，使用 时
，一
侧锁死，一
侧活动，便于架间封矸。

5) 支架底座设置推移机构，方便移架。

6) 支架底座前端采用“船”型结构，防止推移钻 底，并适应底板起伏。

7) 支架底座前端设计抬底座机构，支架前端扎 底或有浮煤时，可将底座前端抬起，便于支架前移。

8) 支架底座设置挡板结构，用于对充填袋的挡移架、成组自动推溜、成组自动喷雾等。

3) 支架电液控通过跟机自动移架、任意截深自 动推溜，实现跟机自动化自动割煤的功能;该系统必
须向综采自动化控制系统开放自动跟机起停功能，
保证综采自动化控制系统可在顺槽监控中心实现对
液压支架自动跟机功能的远程操作，模式切换延时
不超过500 ms 。

4) 支架电液控具备支架初撑力自动连续补偿功 能，补偿初撑力可调(不超过泵压31.5 MPa ),并具有 带压移架功能。

当立柱下腔压力降至某一设定值时，
支架控制器会自动执行升柱，补压到初撑压力，并可 执行多次，保证支护质量。

5) 在控制器界面或者上位机界面上显示立柱工 作压力、推移行程、采煤机位置方向、支架姿态状态。

各项显示菜单、参数表等全部为中文显示。

重要的常
用的单动作和联合动作，在面板上定义专用快捷键。

单架功能分为邻架、隔架、计算机远程控制、遥控器
远程控制功能。

成组功能以工作面的任何一个支架 为操作架，向左或向右连续相邻的若干个支架为一 组,执行支架的某一单动作或联合动作，成组自动移
架、成组自动推溜、成组自动伸、成组自动收、成组自护(具体结构需结合充填工艺设计)。

3.2支架电液控制系统分析
液压支架电液控制系统，包含电液控换向阀、矿 用本安型支架控制器、矿用隔爆兼本安型直流稳压 电源、矿用本安型电磁阀驱动器、矿用本安型隔离耦 合器、矿用本安型电源适配器、矿用本安型压力传感 器、矿用本安型行程传感器、矿用本安型红外线发射 器、矿用本安型红外线接收器、矿用本安型遥控发射 器、矿用本安型遥控接收器、顺槽监控计算机、井上 下传输设备及连接电缆等[5]。

集嵌入式技术、现场总 线技术、控制技术和液压技术于一体，采用分布式控 制系统架构，完成支架的单架手动动作、单架自动动 作、成组自动功能和跟机自动动作，实现邻/隔架控 制、远方控制、单架/成组自动控制，可使工作面的 移架推溜速度提高，易于实现定压带压移架,可降低 工人劳动强度，提高工作面输送机推移质量。

控制系
统主要技术特征如下：1) 支架控制器采用彩色液晶屏幕，尺寸3.5英 寸，可显示接入的传感器的实时数值、本架及系统状
态、系统参数等，显示菜单语言为中文；同时能以屏
幕的不同颜色来直观指示系统状态。

2) 支架控制器具备8路模拟量传感器输入接 口，可满足智能化工作面连接多个压力传感器、行程 传感器的需求。

支架可实现成组程序自动控制，包括成组自动
动喷雾。

6)
可实现单台支架的“降、移、升”自动控制，电
液控制系统应用软件满足煤矿工作面的实际情况和 采煤工艺具体要求。

在井下通过设置参数的方法，使
电液控制系统完全适合井下的实际工况、采煤工艺 要求和地质条件。

7) 电液控制系统有声光报警、急停、闭锁及故障 自诊断显示功能。

在成组动作或自动程序动作之前， 支架控制器的“蜂鸣器”响，警示灯闪烁。

紧急情况 时，在工作面任何一台支架的控制器上按下急停开 关，全工作面支架停止动作。

8) 电液控制系统配置精确推拉控制组件，采用 分步推溜保障推溜、拉架的控制精度，配合惯导系 统，保障平直的工作面推进曲线。

9) 支架控制器和井下主控计算机上都具有显示 支架各种工作参数的功能，支架控制器和井下主控
计算机同时具有故障诊断、显示及报警功能。

10) 依据采煤工艺，能满足支架与采煤机、刮板 运输机进行自动割煤要求，割三角煤时，自动斜切进
刀，实现端头割三角煤自动化。

电控系统应为非主- 从机型，当支架控制系统与井下计算机断开后，通过 操作控制器仍能完成控制器所具备的各种操作功能 和操作模式设置。

11) 支架根据采煤机位置和方向跟随采煤机实现 自动推溜、自动移架、
自动辅助采煤机喷雾的功能。

• 64 •
歸
e
第36卷
12)数据查询和存储功能，具有对支架或控制系 统进行故障诊断、显示、报警及纪录、查询功能以及 存储的功能。

4结语
根据山西兰花莒山煤矿9号煤层工作面实际条 件，对充填工作面支架进行了研究，为支架设计和采 购提供了参考，在后续应用过程中应结合实际开采 地质条件、采用设备的选型情况、工作面充填工艺及 充填体凝固时间等因素综合考虑，实现支架与采煤 机及刮板机的合理配套，以及支架与充填工艺的合
理匹配，保障充填工作面得到绿色安全开采。

参
考
文
献
[1] 王国法.高效综合机械化采煤成套技术装备[M ].徐州：中国矿业
大学出版社，2008:3-29.[2]
杜计平，孟宪锐.采矿学[M ].徐州：中国矿业大学出版社，2009:
122-141.[3]
王国法.高效综合机械化采煤成套技术装备[M ].徐州：中国矿业
大学出版社，2008.[4]
张世洪.我国综采采煤机技术的创新研究[J ].煤炭学报，
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[5] 伍小杰，程尧，崔建民，等.液压支架电液控制系统设计[J ].煤炭
科学技术，2011,39(4): 106-109.
(编辑：贾捐）
Research on Selection of Hydraulic Support for Filling Face in Thin
Coal Seam
Zhao Zhihong
(Jushan Coal Mine Co .,Ltd . of Shanxi Lanhua Group , Jincheng Shanxi 048027 )
Abstract ： Taking No.9 coal seam of Jushan Coal Mine as the research background, the hydraulic support of filling
working face is systematically studied. Firstly, according to the actual situation of coal seam, the support height is determ ined to he l.l~1.9m , the support structure is four column support type, and the support strength is determined to be 0.46M Pa through theoretical calculation. On this basis, the Z C 6400/11/19D hydraulic support is designed, and the main technical param eters and structural features are given. Finally, the electro—hydraulic control system of the support is introduced. The research provides a reference for the design and procurem ent of the support.
Key words ： thin coal seam; filling face, hydraulic support, type selection, support param eters, electro-hydraulic
control system
(上接第61页）
义。

而且,在实际生产中需对切眼巷道表面位移量、 顶板离层量以及锚杆应力情况进行监测，并根据监 测结果对支护参数进行实时调整优化。

本文结合
1121工作面切眼当前支护条件下的矿压进行监测， 并针对性地对支护参数进行优化，具体总结如下：
1) 经矿压监测发现,顶板锚索过程导致后期掘进 支护存在困难;顶板支护中描杆不能充分发挥其支护
效果;两帮锚杆的应力接近其描固力，存在隐患。

2) 根据监测结果,具体支护参数优化为将顶锚
杆长度增加为3.26 m ,将帮锚杆的锚固力增加为70
kN ,将顶锚索的长度缩短为6 m 。

参
考
文
献
[1] 魏世义.深井破碎顶板大断面开切眼支护参数优化研究[J ].煤
炭科学技术，2013,4丨（4):28-3丨；35.[2]
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(3)：34-37,
[3] 刘伟，惠兴田，马金龙.大断面开切眼中导硐超前开挖一次成巷
技术[J ].煤炭科学技术,2012,40(9): 16-19.[4] 朱建明，杨冲.特大断面开切眼分次掘进支护参数优化[J ].金属
矿山，2012(9):15-18;151.
(编辑：贾娟）
Optimal Design of Pressure Monitoring and Supporting Parameters
for Large Section Cut-hole
Liu An
(Jinneng Group Taiyuan Co ” Ltd.，Taiyuan Shanxi 030000)
Abstract ： In order to further improve the safety of large section cutting holes in actual production and ensure the coal
production efficiency of working face, taking 1121 working face cutting hole as an example, on the basis of analyzing its roof floor, coal seam and other conditions, the present situation of support is expounded, and a mine pressure monitoring schem e is designed to observe the roof delamination, surface displacem ent and bolt stress change, and the supporting param eters are optimized according to the observation results.
Key words ： large section; cut hole; anchor; anchor cable; deformation; surrounding rock control。