大同煤田特厚煤层开采工作面液压支架选型设计.doc

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1、大同煤田特厚煤层开采工作面液压支架选型设计　　摘要：对国内外厚煤层开采综合机械化工作面液压支架使用的情况及同煤集团公司已经投产的塔山煤矿和即将投产的同忻煤矿两座千万吨级矿井液压支架选型、使用过程进行了认真调查研究，总结其成功的经验和可借鉴的教训，提出大同煤田厚煤层开采综合工作面液压支架选型的意见。　　关键词：特厚煤层；开采；选型；设计　　　　大同煤矿集团经过2000年7月改制为国有独资公司，2003年12月重组为包含晋北主要煤炭生产和销售企业的大型煤炭集团及2005年底实行债转股的三次改制重组，已初步构建成跨地区、跨行业、跨所有制的亿吨级煤炭

2、集团，目前产销规模国内排名第二、国际排名第六。　　为了实现“做强同煤、造福员工”的奋斗目标和“心齐人和、重建扩源、创新提升、共同富裕”的发展方略，改善现有矿井开采难度大、面临大接替的现状，同煤集团在“十一五”期间将新建6个千万吨级矿井，正在筹建的马道头矿井就是其中一座年产千万吨级的矿井。　　纵观这几座矿井有一个显著的共同特点，就是可采储量大，煤层厚度大可达10m-20m，所以作为综合机械化、高产高效工作面的主要设备之一的液压支架的选型，便成为矿井能否安全、高效生产的一个重要课题。　　　　1　液压支架架型选择　　　　厚煤层开采的液压支架，大体可

3、分为以下3类：①一次采全高液压支架，俗称大采高液压支架；②顶煤冒落法液压支架。俗称放顶煤液压支架；③分层开采的液压支架，俗称铺网液压支架。　　根据大同煤田新建的几座矿井的实际情况煤层厚度在10m～20m之间，若采用一次采全高技术，对采煤机、液压支架研制难度大，且运输、安装及支架管理方面也存在很大困难；若采用分层开采技术，下分层开采金属网假顶的管理将成为影响安全生产的一道难题，一旦发生撕网现象，势必造成事故。而采用顶煤冒落法开采已成为近年来厚煤层开采的一个发展趋势，在国际国内得到了迅速发展和广泛普及。　　同时，放顶煤液压支架的设计先后经历了高位

4、、中位、低位的3个发展阶段，其中，采用顶梁开“天窗”的高位放顶煤液压支架对复杂煤层的适应性差，并且在结构上存在：①放煤口位置距离煤壁较近，对煤层冒放性要求较高，一方面要求粱端距顶煤完整，不冒顶、不片帮，另一方面要求顶粱后端放煤口处顶煤破碎、能顺利放出；②放煤时，正常人行通道基本上被切断，减少了工作面安全出口等不可克服的缺陷，已很少使用。采用掩护粱开“天窗”的中位放顶煤液压支架，虽然克服了高位放顶煤支架的一些缺点，但是由于受放顶煤口尺寸的限制，架与架之间有三角煤放不下来，形成“脊背损失”，且放煤口易被大块煤堵塞，致使放煤效率低；同时掩护梁不能摆

5、动，二次破煤能力差，极易发生运输机卡死现象。　　采用尾粱插板式结构的低位放顶煤液压支架具有以下特点：①3尾梁可摆动，且摆动角度大，造成放煤空间大，有利于顶煤的冒落，放煤效率高；②煤壁到放煤处距离长，且经过顶板来压和顶梁的反复支撑，使顶煤破碎较充分、极易放煤；③适应性强。在急倾斜煤层和缓倾斜中硬煤层，软煤层都取得了成功。故笔者认为，大同煤田新建矿的液压支架架型以低位放顶煤液支架为宜。　　　　2　液压支架主要参数的确定　　　　2.1　采、放比的确定　　考虑到大同煤田属于坚硬顶板、坚硬煤层的“两硬”地质条件，煤壁较稳定，顶板易管理，且为了使前后部运

6、输机运量尽可能协调平衡，顶煤放煤效率尽可能高，以实现高产高效生产，而割煤速度通常大于放顶煤速度，故采放比应以1：1.5～1：2为宜，所以支架的机采高度一般选取4.5m～5m。　　2.2　工作阻力及初撑力的确定　　由于大同煤田属于坚硬顶板，顶板不易冒落，直接顶或老顶悬顶时间长，切顶线在顶梁后方或煤壁里，如果工作阻力较低。可能造成支架向煤壁移动，使整个工作面垮落，所以应选用较大工作阻力和较大支护强度。塔山煤矿10000kN、13000kN两套液压支架短时间损坏，改用15000kN支架便是有力的例证。　　同时，考虑到大同煤田顶煤比较硬，为了有利于顶

7、煤破碎、提高放煤效率，初撑力应约等于工作阻力的80％～85％为宜。　　2.3　支架中心距和支架宽度的确定　　厚煤层开采液压支架最大高度一般大于3.5m，稳定性较差，所以为了防止支架倾斜应选用宽系列中心距，即L=1.75。和较大宽度，顶梁宽度应大于1.65m，活动侧护板伸出时，支架宽度应达到1.85m～1.88m为宜。　　2.4　梁端距确定　　大采高高产高效工作面一般选用采煤机较大、截割滚筒直径大于2m，为了防止由于工作面底板不平和采煤机垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，造成割顶梁现象，故梁端距应选用较大值350mm～480nm。　　3　液压支架

8、主要结构件型式的确定　　　　3.1　顶粱型式的确定　　放顶煤工作面，顶梁支护表面为顶煤，其稳定性远远低于岩层顶板，所以为了确保支护性能，应选用切顶性能好的整体顶梁，