综采放顶煤支架的选型设计与使用

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大倾角软煤层综采放顶煤支架的

选型设计与使用

平煤集团十三矿副矿长孙金柱

郑州煤矿机械厂副厂长高有进

摘要平煤集团十三矿首采工作面煤层倾角大、煤质软、断层多,在这种条件

下实现综采放顶煤的高产高效尚无先例。介绍了郑州煤矿机械厂为该矿设计的综采放

顶煤液压支架的结构特点及技术参数,以及平煤十三矿首采工作面的设备管理、采煤

工艺及使用效果。

关键词大倾角软煤层综采放顶煤综放支架选型设计

综采放顶煤在我国已获得巨大成功,但是,在大倾角、软煤层、多断层、有仰采俯

采的复杂地质条件下，用综采放顶煤技术实现高产高效尚未见报道。平煤集团十三矿

在这种条件下进行了大胆探索,取得了较好的效果。现将有关情况介绍如下。

1 平煤集团十三矿的地质条件

十三矿是平煤集团新开发的矿区,设计年产为180万t。根据已探明的地质资料,地

质条件相当复杂,煤层倾角15°～38°,煤层赋存起伏变化大。煤层厚度4～8m,平均厚

度6m左右,顶板为砂质泥岩,底板为粉细砂岩。中间有～0.2m3层夹矸。

首采11020工作面,煤层厚度～7.53m,平均厚度5.88m,倾角15°～28°,煤质

硬度f=～,顶板伪顶为砂质泥岩,厚0～1m;直接顶为Ⅱ类,砂质泥岩,厚1.3m,垮

落步距12m;老顶为Ⅱ级细中粒砂岩,厚8～12m,初次来压步距35m;底板为粉砂岩与细砂

互层,厚9～12m,抗压强度。该工作面内有大小断层15条,其中落差5m以上的有

两条。从首采面的地质条件可以看出,煤层倾角大,煤质软,断层多,且沿工作面走向起

伏变化大。在这样的条件下实现综放工作面高产高效的难度是相当大的。

2 支架的选型与支架的结构设计

对支架的要求

针对平煤集团十三矿煤层地质条件及矿区发展规划的要求,选择合理、适用的支架架型就成为我们发展综放技术能否成功的关键。通过对目前国内外有关综采放顶煤液压支架的调研考察,对11020工作面放顶煤液压支架架型提出如下要求:

(1)支架要有较高的稳定性和抗扭性能,并配备可靠的防倒防滑系统;

(2)回收率要高,能实现采放平等作业;

(3)工作时产生的煤尘小;

(4)有较好的仰采、俯采性能;

(5)放煤口通畅,操作灵活可靠;

(6)保证足够的通风断面。

根据以上要求选定了后四连杆型式的低位放顶煤液压支架架型。

支架工作阻力的计算与确定

由于11020工作面是平煤集团十三矿首采综放工作面,在确定支架的工作阻力和支

护强度时,采用了平煤集团与之相似的工作面的矿压资料进行计算。

(1)按支护重量计算

根据首采工作面条件和架型可知:开采煤层计算采高h

1

=2.5m,顶煤高度

h 2=3.5m,控顶距长L=4.55m,折算岩层高度h

3

=9m,支架宽度b=1.5m,煤的容重

γ=14kN/m3,岩石容重,γ

1

=25kN/m3。

将上述数据代入式P=K(Q

1+Q

2

) (1)

式中:P——支架工作阻力,kN/架;

K——动载系数,取K=2·cosα,(α为煤层倾角,取25°),

Q

1——顶煤重量(Q

1

=h

2

·L·b·r),

Q

2——折算岩层重量(Q

2

=h

3

·L·b·r

1

)。

经计算:P=架

(2)按支护强度折算

支护强度的计算依照实测统计法按式q=k·n·m·r进行计算。式中:q——支架的支护强度,kN/m2

k——安全系数，取k=～;

n——折算系数，n=9.768M;

M——煤层全厚，m;

γ

1

——岩石容重，取25kN/m2。

经计算,则有：,q=×××6×25=m2=

按测算出的支护强度，支架的工作阻力应为：

P=qH(2)

式中：q——支架测算出的支护强度,

H——支架正常的有效支护面积。

则有：P=××=架

通过以上计算，支架的工作阻力确定为3200kN/架。

结构设计

在支架的架型、工作阻力确定之后，结合矿上使用要求对支架的结构设计提出了

如下设想：

(1)支架总体运输长度小于4.6m，支架重量小于，保证支架整体下井和运输；

(2)采用Y型前连杆、I型后连杆的四连杆机构，保证支架有足够的稳定性和抗扭

性；

(3)支架后部有足够的空间，保证过煤高度和后部输送机正常工作及维修；

(4)支架的顶梁、掩护梁具有较好的封闭性能,防止漏煤、漏矸及冒顶；

(5)放煤机构采用尾梁带插板形式；

(6)支架有较大的拉架力、推溜力；

(7)支架底座前后均设置防滑千斤顶联接装置，顶梁前部设置防倒千斤顶联接装

置；

(8)考虑到煤层的特点和厚度，支架的结构高度取～2.8m；

(9)支架带有先进可靠的喷雾系统。

根据以上要求，郑州煤矿机械厂为十三矿设计制造了ZFS3200/16/28型低位放顶

煤液压支架。

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3 ZFS3200/16/28型低位放顶煤液压支架的主要技术参数及结构特点

结构图(图1)和主要技术参数

图1 支架结构图

ZFX3200/16/28低位放顶煤支架主要技术参数:

高度/mm 1600/2800

工作阻力/kN 3200

初撑力/kN 2844

中心距/mm 1500

支架宽度/mm 1430/1600

支护强度/MPa

底板比压/MPa

质量/kg 11500

泵站压力/MPa 23

主要结构特点

(1)支架为支撑掩护式，前连杆为Y型，后连杆为I型单连杆，既保证了支架整体

有较高的稳定性、抗扭性及抗侧向力，同时又保证了架间前后有足够的人、运料通道

及后部输送机的管理、维修空间；

(2)顶梁结构为整体顶梁带内伸缩梁结构，侧护板护至顶梁前端，保证了顶梁前

端有足够的支撑力及很好的封闭性能，伸缩梁可进行超前及时支护和有效控制煤壁片

帮；

(3)放煤机构为可摆动尾梁带插板结构，既实现了连续敞开的放煤窗口，同时又