液压支架的选型设计

液压支架的选型设计（精选6篇）

液压支架的选型设计 第1篇

金凤煤矿011802工作面十八煤为中厚~厚煤层, 煤层结构简单, 煤厚在2.73m~6.36m之间变化, 均厚4.1m。工作面倾向煤层倾角小于10°。

直接顶为复合型顶板, 中间局部尖灭, 直接顶自上至下依次为: (1) 粉砂岩, 厚约0.99m, 深灰色, 薄层状, 见波状层理及水平层理; (2) 砂质泥岩, 厚约2.1m, 深灰色, 具水平层理, 波状层理, 含较多植物叶化石, 底部有0.02m~0.15m煤线, 局部尖灭; (3) 细砂岩, 厚约0.7m, 灰色, 灰白色, 以长石、石英为主, 次棱角状, 泥质胶结。底板为泥岩、粉砂岩。

2 支架选型

2.1 支架架型的确定

考虑到煤层厚度在2.73m~6.36m之间变化, 均厚4.1m。因此可以选用一次采全高的采煤方法。目前一次采全高的工作面一般选用掩护式支架和支撑掩护式支架两种支架形式。

掩护式液压支架的主要特点为:重量小, 成本低;伸缩比大, 适用于煤层厚度变化大的煤层;顶梁长度小, 减少了支架对顶板的反复支撑, 适用于顶板相对破碎的煤层;架前端比压大。支撑掩护式液压支架的主要特点为:重量大, 成本高;伸缩比小, 不适于开采厚度变化较大的煤层;顶梁长度大, 增加了支架对顶板的反复支撑, 适用于顶板强度高的煤层;支架前端比压小, 支架不易扎底。由于煤层厚度变化较大, 且煤层顶板强度普通, 因此选用掩护式支架。

2.2 支架高度确定

支架的最小高度应该比煤层的采高小200~300mm, 以避免当采高为最小高度时, 基本顶来压将支架压死。煤层的最小厚度为2.73m, 因此支架的最小高度取2.5m。

目前在液压支架上广泛使用的立柱形式为双伸缩立柱, 而且为了保证支架降到最低采高时仍然有足够的支撑效率, 掩护式支架的伸缩比一般为2.2左右。因此支架的最大高度确定为5.5m。

2.3 支架工作阻力的确定

可垮落上位岩层厚度H1=M/ (φ-1) =5.2/ (1.35-1) =14.9m

式中:φ-直接垮落后未经压实的碎胀系数, 1.35;M-支架最大采高, 5.2m。

支架所需支护强度q=k H1γ/1000=1.8×14.9×26/1000=0.69MPa

式中:k-老顶来压时动载荷系数, k=1.8;H1-可垮落上位岩层厚度;γ-岩层容重, γ=26k N/m3。

则支架工作阻力P=n×Lmin×B×q×1000/η=1.1×6.57×1.75×0.69×1000/0.95=9257k N

式中:n-安全系数, n=1.1;Lmin-综采工作面最小控顶距, 6.57m;B-支架中心距, 1.75m;η-掩护式支架支撑效率, η=0.95;q-支架支护强度, 0.69MPa。

因此确定支架的工作阻力为10000k N。

3 支架的主要结构特点

3.1 护帮板的选择

《煤矿安全规程》上规定:当采高超过3m或片帮严重时, 液压支架必须有护帮板, 防止片帮伤人。大采高综采煤壁易发生片帮冒顶, 其机理为在采动应力作用下, 煤壁先发生较小的挠曲变形, 达到极值时, 将在煤壁上部0.35倍采高处产生破裂, 之后煤壁全部片落。支架护帮板的高度应不小于采高的0.35倍[1], 即支架的护帮高度不应小于1.9m。在此基础上为了使护帮板达到支护煤壁的最佳效果, 考虑一定的安全系数富余, 支架的护帮高度取2.3m。

考虑到配套采煤机 (MG900/2215-GWD) 的机面高度为1960mm, 护帮板收回时前端梁体的总体厚度不应大于690mm。这样当支架处于最低采高位置时, 过机高度大于420mm, 以避免在最低采高状态下基本顶来压支架压死采煤机。

3.2 顶梁形式的选择

支架的顶梁形式有整体顶梁和铰接顶梁两种。整体顶梁结构简单, 可靠性好;顶梁对顶板载荷的平衡能力强;前端支撑力较大;可设置全长侧护板, 有利于提高顶板覆盖率, 改善支护效果减少漏矸[2]。带铰接顶梁的支架在运输状态时前梁垂直于顶梁从而减小了支架的运输尺寸;但铰接顶梁前端支撑力小;前梁无法设置侧护板, 从而增加了顶板破碎漏矸的可能性。因此铰接顶梁适用于支架运输尺寸受限制且顶板条件较好的矿井。由于金凤煤矿的巷道断面尺寸能够满足整体顶梁支架的运输要求, 且采高和围岩应力都比较大, 增加了顶板破碎的可能性。因此支架顶梁选用整体顶梁。

支架顶梁设有伸缩梁。伸缩梁千斤顶的行程与采煤机截深一致, 取865mm。为保证伸缩梁的正常使用, 伸缩梁千斤顶应有足够的推拉力, 因此千斤顶内径选用100mm, 活塞杆直径选用70mm。推力为259k N, 拉力为132k N。

3.3 抬底千斤顶的选择

ZY10000/25/55支架底板比压较大, 约为2.4MPa~2.5MPa。因此应当加设抬底千斤顶。支架抬底机构可以在支架前移时, 抬起底座前部使支架移动顺利。既可以防止扎底, 也可以解决防止底板不平时支架移动困难的问题[2]。抬底千斤顶内径选用Ф160mm;活塞杆直径选用Ф105mm;推力为663k N。行程为285mm

3.4 移架方式的选择

液压支架的移架方式主要有电液控制和手动液压控制两种。采用电液控制系统可以方便地实现双向邻架或成组程序控制等, 操作方便安全, 确保支架的各种性能, 可实现支架工况的监测, 提高了设备的可靠性, 移架速度可达到6~8s/架, 有利于工作面实现高产高效, 同时大大改善了工作条件, 因而近年来是高产高效工作面支架设计中优先考虑的因素, 也是液压支架主要发展方向之一, 与电液控制相比, 手动液压快速控制系统虽然在移动速度和操作性能等方面略逊一筹, 但由于其经济价廉, 维护简单方便, 目前仍在不少综采工作面使用[3]。由于工作面配套MG900/2215-GWD型采煤机的割煤速度为10.2m/min-20m/min;液压支架的移架速度应小于10s才能与所选用的采煤机的割煤速度相匹配。因此移架方式选用电液控制。

4 小结

液压支架的选型是综采工作面能否成功开采的决定性因素。本次支架的选型与优化为工作面的安全高效开采打下了坚实的基础。在设备选型中存在的问题是:工作面在推进到煤厚6.36m的区域时有一定的丢煤现象。但该区域较小, 不适合再配一套综采设备, 用一套设备开采该工作面仍然是最经济合理的方案。

参考文献

[1]宁宇.大采高综采煤壁片帮冒顶机理与控制技术[J].煤炭学报, 2009, 34 (1) :54-56.

[2]孟二存.梁北矿“三软”“双突”煤层5m大采高液压支架选型[J].煤矿开采, 2007, 12 (6) :27.

煤矿开采液压支架选型分析 第2篇

关键词：架型选择,选型原则,液压支架

0 引言

我国煤层赋存条件复杂,两柱掩护式支架和四柱支撑掩护式支架均有成功的使用经验。近年来,随着高产高效工作面的不断增加,使用两柱掩护式支架的比例也在不断增加,但和美国、澳大利亚等产煤大国相比,仍存在较大的差距。本文通过液压支架性能分析和国外架型选择介绍,旨在指出液压支架的发展方向,以提高我国液压支架的市场竞争力,促进煤炭工业的进一步发展。

1 液压支架的特点及应用

1.1 四柱支撑掩护式支架主要特点及合理应用

①主要特点两排立柱,顶梁和底座间空间足够,通风断面大,存在整架运输不方便。②由于前、后、左、右立柱的载荷各不相同,差别较大,导致立柱支撑效率低。③支架的伸缩比较小,这样就要求煤层厚度的变化不能太大。④支架的支撑合力距切顶线近,合力聚集,切顶能力强,适用于顶板稳定的条件。

1.2 两柱掩护式支架结构特点及适用范围

①对顶板有两种主动支撑作用,即支架初撑后形成的和支架在受载过程中形成的,不仅改善支架对顶板的维护,特别是不稳定顶板的控制,又有利于阻止向采空区运动的顶板岩石。而且从支架重心的前方通过的外部合力,支架通常向前方回转,这样就产生对顶板的主动水平力,可谓多层保护;卸载过程却刚好相反,支架向后方回转,对采空区形成保护。②合力作用点的位置可以通过平衡千斤顶调节,增强了支架对不好控制的顶板的适应性。③顶梁短、控顶距小,减少了对顶板反复支撑,使直接顶板得到保护。④伸缩比大。⑤重量轻,投资少,便于运输、安装和拆卸。

2 液压支架选型的基本依据及原则

2.1 顶底板性质

2.1.1 顶板

一般情况下,根据直接顶的类别和基本顶级别选择架型。不同的直接顶和基本顶基本决定了所采用的液压支架架型和工作方式。直接顶的分类有:不稳定顶板;中等稳定顶板;稳定顶板;坚硬顶板。

基本顶级别:Ⅰ级顶板(周期来压不明显)、Ⅱ级顶板(周期来压明显)、Ⅲ级顶板(周期来压强烈)、Ⅳ级顶板(周期来压极其强烈)。

由上可知,直接顶的类别和基本顶级别,两者的划分都无严格的定量评定指标,因此按顶板性质分级来选择架型不一定十分科学、严密。具体选用时可遵循下列原则。

1)对于基本顶周期来压不明显的中等稳定或破碎顶板,可选用掩护式液压支架;对于直接顶稳定的顶板,可选用支撑式或支撑掩护式液压支架。

2)对于基本顶周期来压强烈(Ⅲ~Ⅳ级)、直接顶不稳定或中等稳定的顶板,可选用支撑掩护式液压支架;对于直接顶稳定或坚硬的顶板,可选用支撑掩护式液压支架或支撑式液压支架。此外,由于某些顶板条件比较特殊,故可采用多种形式的液压支架,因此液压支架架型的选择既要以顶板性质作为依据,还应考虑顶板级别划分的模糊性。

2.1.2 底板

底板软硬程度或强度大小,决定了底座结构形式和支承面积。底座是液压支架的主要承载部件,它将顶板压力传至底板。其结构形式分为以下几种。

1)整体刚性结构。用钢板焊接成箱形结构,底部封闭,强度高,稳定性好,对底板比压小,但排矸性差。适用于底板较松软、采高与倾角较大及稳定顶板等条件。

2)分式刚性结构。左右对称,座箱上部用过桥或箱形结构固定连接。底板不封闭,对顶板适应性较好。

3)左右分体结构。两个独立而对称的箱形结构,两部分用铰接过桥或连杆连接,可在一定范围内摆动,对不平底板适应性好,排矸性较好。

2.2 煤层条件

2.2.1 煤层厚度

煤层厚度是液压支架选型的一项重要指标。煤层厚度及其变化情况决定了液压支架的结构高度和伸缩范围,采高和顶板性质直接决定了液压支架的工作阻力或支护强度。

1)液压支架的工作阻力实质上是液压支架在工作中能承受顶板的载荷,是衡量液压支架支护性能的最主要的技术参数,可按下式计算:

Q=Zb(L+C)

式中:Z为支护强度;b为支架中心距;L为顶梁长度;C为顶梁前端到煤壁距离。在液压支架出厂代号中都明确地标有其工作阻力,如ZZ6000液压支架(工作阻力为6 000 k N)。

2)液压支架最大高度的确定。考虑到顶板有顶板冒落或可能局部冒落而压住液压支架,为保证立柱有一定的行程量,液压支架最大高度应在煤层最大采高基础上,再加200~300 mm。

3)液压支架最小高度的确定。考虑到液压支架上、下浮煤堆积影响,移架操作时支架立柱要有150 mm左右的回缩量等因素,液压支架最小高度应在煤层最小采高基础上再减200~300 mm。

选型原则:对于薄煤层(采高小于1.3 m)开采,在液压支架选型时应考虑通风断面和作业空间较大的掩护式或支撑掩护式液压支架。煤层厚度超过1.5 m时,顶板对液压支架有一定的水平和侧向推力,这种情况下应优先选用抗水平力和扭转能力强的掩护式结构的液压支架,而不宜用支撑式支架。煤层厚度超过2.5 m时,煤壁和悬顶部分顶板可能在矿压作用或采煤机割煤时振动而引起的垮落,需要选用带有护帮装置的液压支架,一般多采用支撑掩护式支架。如果煤层厚度变化较大,由于双伸缩立柱的行程范围较大,能更好地适应这种煤层条件。对于煤层厚度大、煤层松软或节理发育,因其不便于分层开采,煤层较破碎,在矿压作用下易冒落,可选用放顶煤支架。

2.2.2 煤层倾角

煤层倾角主要影响液压支架的稳定性能。《煤矿安全规程》第67条规定:煤层倾角>15°时,液压支架应采取防倒、防滑措施。

2.2.3 瓦斯量

瓦斯涌出量大的煤层,应考虑通风要求,优先选用通风面积大的掩护式或支撑掩护式液压支架。

3 结语

液压支架在现代综合机械化采煤过程中是重要的支护设备,其选型的好与坏也是关系到矿井高产、高效的关键性因素。由于地质条件的复杂性和矿压观测的模糊性,使得液压支架呈现出多样化、大流量化发展趋势,并且随着安全生产越来越被重视,其已成为现代生产中的主要因素,液压支架从设计和选型上也要突出考虑这一关键因素。液压支架的选型是一门综合性的学问,涉及煤矿地质和机械制造等学科,应根据煤矿实际条件而选型。

参考文献

[1]煤炭行业职业技能鉴定指导中心.液压支架工职业技能鉴定培训教材[M].北京:煤炭工业出版社,2007:84-86.

[2]梁兴义.矿山机械[M].北京:煤炭工业出版社,1988:425-429.

液压支架的选型设计 第3篇

古山煤矿位于赤峰市元宝山区平庄镇北2公里, 行政隶属平庄镇管辖。古山矿三井6-2煤层西-西065-2工作面平均厚度为7.5m, 属于特厚煤层;煤层倾角28°~41°, 平均约36°, 属大倾角特厚煤层;煤层f=0.92~1.03, 基本上属于松软煤层。顶板多为砂砾岩或粗砂岩, 底板为砂质泥岩或泥质砂岩。

2工作面布置方式

工作面采用倾斜———圆弧过渡———水平布置方式 (见图1) , 对煤层厚度要求较高, 但采用该布置方式有以下优点:

①改善了支架受力状态 (基本支架与端头支架由线接触变为面接触) , 减小了斜面基本支架对端头支架的侧推力, 有效遏制了以支架为主的大倾角综放开采设备的整体下滑和支架倾倒, 提高了支护系统的稳定性;②实现了大倾角工作面过渡支架处于平面上, 使长期难以解决的端头复杂支护得到简化;③改善了刮板输送机的运行条件, 解决了刮板输送机与转载机在平面上的搭接问题。

但这种开切眼布置方式的缺点如下:上端头支护难度大;回采过程中对圆弧段割煤工艺技术要求高, 曲率较难掌握;对煤层厚度变化大的适应性较差。

3支架支护强度确定

从国内进行综采放顶煤开采以来, 支架工作阻力的确定一直是综放工作面设备选型中最主要的问题之一, 因此对综放工作面支架阻力确定方法的研究不断地深入。结合矿井的情况, 6-2煤层综放工作面支架工作阻力的确定主要应用2种方法:

①建立在支架和围岩相互作用关系基础之上的数值模拟方法。模拟模型中, 煤层及其顶底板岩层均参考矿方提供钻孔柱状图显示的平均厚度, 确定模型模拟高度为123.7m, 其中模拟顶板厚度为74.2m, 底板厚度42m, 煤层平均厚度7.5m, 采高按照2.6m考虑, 放煤高度4.9m;模型走向及倾向长度均为200m, 实际模拟工作面长度80m;煤层倾角取平均36°。

模型上方还有300m未模拟岩层按照等效载荷代替, 按下式计算:p=∑Hρg

其中, H——煤层上方未模拟煤层的厚度, 取300m;ρ———相应的煤岩层密度, 取平均2500kg/m3;g———重力加速度, 取9.81m/s2。

整个模型4个立面均固定法向位移, 底面同样固定法向位移。煤岩层物理力学参数按试验室测定数据给定, 没有试验数据的岩层属性按岩性的平均取值给定。模型中层理弱面用interface模拟;支架用beam单元模拟。模型四个边界均是固定法向位移, 底端边界固定垂直位移。整个模型共划分单元122500, 结点130050。

所建立模型如图2所示, 模型应力平衡图如图3所示, 6-2号煤层所在位置如图4所示。

为了得到支架控顶区范围内支护强度与顶板下沉量曲线 (P-△L曲线) , 对距离煤壁为2m、4m的顶板点进行监测, 并分别进行了支护强度为P=0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0和1.1MPa的模拟, 其支护强度与顶板下沉量曲线如图5所示。

当支架支护强度不同时, 支架上方顶煤在不同控顶时间不同位置的下沉量也明显不同。当支架支护强度较小时, 顶煤下沉位移明显要大, 而随着支架支护强度的逐渐增大, 则其下沉位移也逐渐地减小。

由图可知:当支架支护强度小于0.6MPa, 支架支护强度的增大对控制顶板下沉作用极为明显;而当支架支护强度大于0.6MPa时, 支架支护强度的增大对控制顶板下沉作用逐渐减弱, 可以看出支架支护强度为0.6MPa是支架支护强度对顶板下沉影响的一个拐点, 同时可以看到在支架支护强度达到0.6MPa时, 顶板下沉位移已被控制在一个较小范围内。

②建立在支架工作阻力构成分析基础上的估算法。这种计算方法的基础是工作面支架工作阻力支撑冒落带顶板岩层和顶煤的重量, 并平衡基本顶失稳时对支架的动载, 大倾角综放支架支护强度计算公式为:

q=Kd· (q冒+q顶煤) ·cosα

式中q———工作面支架所需支护强度;α———煤层倾角;Kd———基本顶失稳时的动载系数, 根据综放工作面矿压观测结果, 一般Kd=1.1~1.8, 这里取1.2;q冒———冒落带岩层自重应力, q冒=γ顶·h, γ顶为顶板岩层容重, 取26k N/m3;q顶煤———支架上方顶煤自重应力, q顶煤=γ煤·Md, γ煤为顶煤容重, 取13.3k N/m3;α———煤层倾角, 取小值27°。

初步估算支护强度为:6-2煤层综放开采q=1.2× (10.7×26+6.26×13.3) ×cos27°=387k N/m2

综上分析, 6-2煤层西-西065-2综放工作面液压支架支护强度最终确定为0.6MPa。

4液压支架主要技术参数及结构特点

根据以上计算, 所选择的中部液压支架型号为ZF4600/17.5/28, 过渡支架型号为ZFG4600/18/28。液压支架主要技术参数如表1所示。

液压支架的主要结构特点如下:

①根据煤层倾角的特点, 工作面支架架型选用四柱支撑掩护式正四连杆放顶煤支架, 过渡支架架型选用反四连杆放顶煤支架;②顶梁采用整体顶梁、伸缩梁和护帮板的结构形式, 实现及时支护, 防止煤壁片帮冒顶, 侧面带有柔性挡矸帘, 能够保护人身安全;③底座采用整体刚性底座, 底座侧面设有导向梁式调架装置, 及时调整支架;④顶梁、掩护梁带双侧可调活动侧护板;⑤主要支架结构件焊后整体镗孔, 提高支架的抗偏载能力及整体稳定性;⑥顶梁间设防倒千斤顶, 每架顶梁预留防倒千斤顶耳座;⑦底座前端、后端预留防输送机下滑装置;⑧脚踏板按35°设计。

5使用情况

古山煤矿首采综放工作面长度80m, 推进长度920m, 割煤高度2.6m, 采放比约1:1.88。工作面选用MG250/600-WD型电牵引采煤机, 截深0.6m;前、后部选用SGZ764/200型中双链铸焊封底式刮板输送机。2009年投入使用以来, 最高月采量13万吨, 平均月采量9万吨, 工作面回收率大于80%。

摘要：通过对古山煤矿地质条件的分析, 利用数值模拟法和估算法确定了支架的主要技术参数和结构特点;并针对古山矿工作面大倾角的特点, 选择了相应的布置方式, 有效改善了支架受力状态, 使长期难以解决的端头复杂支护问题得到简化。

关键词：液压支架,支护强度,数值模拟

参考文献

[1]王国法.液压支架控制技术[M].北京:煤炭工业出版社, 1999.

[2]章之燕.大倾角综放液压支架稳定性动态分析和防倒防滑措施[J].煤炭学报, 2007 (7) :706-709.

液压支架的选型设计 第4篇

1 地质条件

151306工作面为位于151305工作面(未采)以东,屋厦村保护煤柱以北,泽州北路保护煤柱以西,东翼盘区胶带巷,东翼盘区轨道巷,东翼盘区回风巷以南.工作面平均埋深218m,走向长度为742.958m,倾斜长度为180.5m;煤层呈黑色,含黄铁矿,平均厚度为1.9m,煤层中含有2~3层不稳定夹矸,倾角1°~4°,平均2.5°左右;老顶为砂质泥岩,厚2.30m,黑灰色,坚硬,细密;直接顶为K1灰岩,厚9.03m,深灰色,坚硬,含方解石;直接底为泥岩,厚3.35m,深灰色,团块状,顶部有植物化石,底部含黄铁矿,坚硬;老底为灰岩,厚20m,灰色,有斜层理,含方解石脉,黄铁矿。

2 151306工作面液压支架选择

2.1 液压支架选型

液压支架的选择要满足如下条件:(1)支护强度与工作面矿压相适应;(2)支架结构与煤层赋存条件相适应;(3)支护断面与通风要求相适应[10]。

根据古书院矿151306工作面地质条件和开采条件,由于151306工作面顶板为坚硬顶板,为保证支架有足够的支护强度、初撑力、工作阻力、抗冲击能力和切顶能力,选用四柱支撑掩护式支架。

2.2 液压支架参数的确定

(1)结构参数的确定。

液压支架的结构参数,主要指液压支架的结构高度应能够适应工作面采高的要求.它根据煤层厚度(或采高)和采区范国内地质条件的变化等因素来确定.选择的原则是:在最大采高时,液压支架应能“顶得住”,在最小采高时,支架能“过得去”[11]。

支架最大结构高度Hmax和最小结构高度Hmin,具体由下面经验公式计算:

式中,hmax,hmin为煤层最大厚度和最小厚度,m;a为考虑伪顶,煤皮冒落后,支架仍有可靠初撑力所需要的支撑高度的补偿量;中厚煤层可取2 0 0 m m,厚煤层可取300mm,薄煤层适当减小;Sz为顶板最大下沉量(一般取支架后排立柱处顶板的下沉量,按100mm~200mm选取,I级老顶取大值,Ⅳ级老顶取小值);b为支架卸载前移时,立柱伸缩余量,煤层厚度大于1.2m时,取80mm~100mm;c为支架顶粱上存留的浮煤和碎矸石厚度,一般取50mm~100mm。

(2)支架支护强度、工作阻力及对底板比压的确定。

(1)工作面上覆岩层所需支护强度P为:

式中,K为作用于支架上的顶板岩石厚度系数,中厚煤层取6~8;M为最大采高,取2.4 m;R为岩石容重,取23k N/m3。

(2)工作面上覆岩层所需工作阻力工F为:

式中,L为控顶长度,取4.4m;B为支架宽度,取1.5m。

(3)底板比压的计算。

该面直接底为泥岩,该底板允许的抗压强度为6.65MPa。

则所选支架的支护强度应大于4 4 2k N/m2,工作阻力应大于2915k N,支架对底板比压应小于6.65MPa。

(3)由上面计算出的支架最大和最小结构高度、支护强度、工作阻力以及底板允许的比压的数值,从液压支架产品目录中选择ZZ8800/14/26D型四柱支撑掩护式液压支架,技术参数见表1。

2.3 液压支架参数的验算

(1)支护强度验算。

支架达到额定工作阻力时的支护强度P'为:

式中,F为支架额定工作阻力,取8800k N;S为支架最大控顶距时的护顶面积,m2;L为支架最大控顶距,取4.4m;H为支架中心距,取1.5m。

经比较:P'>P=442 k N m2(工作面上覆岩层所需支护强度).

(2)工作阻力验算。

经比较:支架额定工作阻力。

FN=8 800 k N>F工=2 915 k N(上覆岩层所需工作阻力)。

(3)初撑力验算。

根据工作面顶板岩性,支架支护顶板所需初撑力取不低于质量标准化中规定值(30MPa)的80%,即30MPa80%=24MPa。

式中,D为支架立柱油缸直径,取0.28m。

经比较:F初

(4)底板比压的验算。

支架对底板的最大比压为1.6MPa,底板允许的抗压强度为6.65MPa,故本工作面所选支架的底板比压性能满足要求。

通过以上验算,本工作面所选型支架能满足支护要求。

3 液压支架对顶板适应性分析

古书院煤矿151306工作面采用ZZ8800/1 4/2 6 D型四柱支撑掩护式液压支架。ZZ8800/14/26D型支撑掩护式液压支架的初撑力为7758k N(31.5MPa),额定工作阻力为8800k N(35.73MPa)。为研究液压支架对顶板的适应性,对支架的初撑力、末阻力和时间加权平均阻力、支护强度、运转特性等进行研究。

3.1 支架初撑力分析

通过对工作面10个测线矿压观测期的观测统计,液压支架初撑力的频率分布如图1。

从统计结果看:实测初撑力平均值为1 0.7 M P a,初撑力平均值与额定初撑力(31.5MPa)的比值为34%,虽然设计初撑力较高,但实际生产中并未真正发挥它的作用。支架初撑力对预防顶板早期离层、破碎具有重要意义,对减少初撑力增阻阶段顶板的下沉有显著作用,也是支架工作阻力得以有效发挥的基础.而实测支架初撑力偏低,应设法改进.最大初撑力为2 795MPa,为额定初撑力的88.7%,说明实际初撑力仍有提高余地。

3.2 支架末阻力分析

支架末阻力的观测结果如图2。

实测末阻力平均值为20.66MPa,相当于额定工作阻力(35.73MPa)的57.8%.其最大值为36.7MPa,相当于额定工作阻力的102.7%.说明ZZ8800/14/26D型支撑掩护式液压支架能够满足支撑工作面顶板的要求。

3.3 支架时间加权平均工作阻力分析

支架的时间加权平均阻力观测结果如图3。

从统计结果来看观测结果服从正态分布.时间加权工作阻力平均值为18.6MPa,相当于额定工作阻力(35.73MPa)的52.1%。其最大值为33.2MPa,为额定工作阻力的92.9%。由此看来,该支架在工作面正常开采时支护阻力是充足的。

3.4 支护强度分析

支护强度是支架对顶板的支护阻力与其支护面积的比值。经实测统计计算,支架的支护强度见表2。

从表2中可以看出,实测平均支护强度为:初撑力P0=0.397 MPa,末阻力Pm=0.759 MPa,时间加权工作阻力Pt=0.685 MPa。这几项指标与设计值有一定的差距,支护强度总体偏低;但P0/Pm值较高,说明对顶板控制有利。实测最大平均支护强度较高,这说明支架对坚硬顶板条件具有很好的适应性。

3.5 支架运转特性分析

支架运转特性来看,支架时间阻力曲线以一次增阻为主,恒阻为辅.如果是二次或多次增阻为主,顶板的下沉与变形会增加,不利于顶板维护。此外,降阻所占比例不大.由此可见支架运转良好,支架阻力曲线类型统计数据见表3。

4 结语

工作面顶板的控制主要是由采场支架有效的支撑来完成的,坚硬顶板工作面回采时,顶板来压强烈,来压时冲击力大。经过对151306工作面的液压支架初撑力、末阻力、时间加权平均阻力、支护强度、运转特性综合分析,得出ZZ8800/14/26D型四柱支撑掩护式液压支架能够有效地控制顶板,保障工作面的安全。

参考文献

[1]汪理全,杨真.长壁综合机械化采煤方法的发展趋势[J].煤炭科学技术,2005,33(1):10～13.

[2]刘修源.加强科学技术研究发展我国综合机械化采煤技术[J].煤矿机电,2001(1):4～8.

[3]朱永战,彭育东,董颖辉.综合机械化采煤工艺浅析[J].煤矿机械,2005(9):44～46.

[4]宋日彪,牛玉生.液压支架选型研究的现状、发展趋势及应用[J].煤炭科技,2011(4):56～58.

[5]郑兰芳.薄煤层大采高及放顶煤液压支架技术综述[J].煤矿机械,2011,32(1):5～8.

[6]王富林,齐利伟.复杂地质条件轻放面液压支架选型及适应性分析[J].煤炭技术,2012,31(1):17～18.

[7]曹树刚,徐健.复杂条件下急倾斜综采工作面支架适应性分析[J].煤炭技术,2010,35(10):1599～1603.

[8]刘江,张孝福,曾海利.浅埋深大采高综采工作面液压支架适应性分析[J].煤炭工程,2011,7:4～5.

[9]孟小军.ZY12000/28/62D型掩护式支架适应性试验研究[J].煤矿开采,2011,16(1):76～78.

[10]朱真才,韩振铎.采掘机械与液压传动[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.

液压支架的选型设计 第5篇

随着改革开放的进一步深入实践, 我国国民生产总值提高, 国内煤炭能源用量越来越高, 煤炭产量日趋提高。对于大同煤矿集团来讲, 进入21世纪以来, 素有‘黑金’之称的侏罗系煤炭已经濒临枯竭, 以同煤集团同家梁矿、永定庄矿、四老沟矿等为主的几大煤矿已经濒临破产。这些煤矿原来的采区基本上都在侏罗系, 煤炭热值高, 基本上都在25 140 k J以上, 而且初期探测储量非常可观, 给同煤集团和国家建设带来巨大的效益, 并且这些煤层采区一般处于垂直埋深300 m以上, 容易开采。但是近几年, 同煤集团侏罗系煤层开采区已经枯竭, 只有煤峪口矿、忻州窑等矿局部采区尚存有侏罗系煤炭含量, 而且这些采区的煤层厚度普遍较薄, 一般在4.0 m以下, 严重制约了产量。为了满足国家经济建设需要, 同煤集团和“一一五”队合作进行了深层次煤炭采区的勘探研究, 即针对晋北地区尤其大同地区石炭二叠系煤层的勘探, 目前可查储煤主体在垂直埋深400 m左右, 如同煤集团塔山矿、同忻矿、麻家梁矿等1 000万t产能煤矿, 燕子山矿、马脊梁矿等500万t以上产能煤矿。在塔山煤矿初期选型过程中, 可以诊断到该矿煤层属于太原组石炭系, 在液压支架选型过程中, 根据矿压条件和煤层储备厚度10~19 m, 初期选择了ZF10000型放顶煤液压支架, 该支架支护高度范围是2.5~3.8 m, 采放比超过1∶2.5, 但是在使用过程中, 这套支架无法满足支护要求, 经过进一步论证, 后期选择了ZF13000型放顶煤支架, 在使用过程中, 支架支护状况不是非常满意, 经常发生压架现象, 支架安全阀让压达到支架最低高度, 成为刚性支护设备, 无法满足高产高效的综采回采要求。最终选择了ZF15000型高支护强度放顶煤液压支架, 使用至今, 回采效果良好。而燕子山矿在侏罗系煤层储量枯竭的情况下, 考虑到井巷运输条件, 选择了ZF10000型液压支架, 该支架为1.5 m中心距架型, 支护强度与塔山矿ZF13000型支架相同, 但是, 在使用过程中仍然无法满足回采要求, 回采过程中多次发生压架事故。针对这两个案例, 本文就同煤集团石炭二叠系煤层的液压支架选型进行了一些对比分析。

1 煤层分析与液压支架选型

1.1 煤层性状分析

山西省的成煤时代主要是石炭二叠纪和侏罗纪, 其次是白垩纪和古近纪。就目前工业价值和经济价值而言, 白垩纪和古近纪主要具有一些研究价值, 开发利用前景不大。可采工作面主要集中在侏罗纪和石炭二叠纪, 但是侏罗系煤层已经趋于枯竭, 不做具体分析。而石炭二叠系煤一般又分为本溪组、太原组、山西组、下石盒子组和大同组。同煤集团所属煤层以太原组和山西组为主, 如表1所示。因此对石炭二叠系中山西组和太原组的分析研究具有非常重要的经济意义[1]。

而根据近十几年的钻探勘察发现, 太原组和山西组呈现区域性分布。但是大同地区的分布情况比较复杂, 既有太原组二叠系又有山西组二叠系分布, 两个区域相距比较近。山西省煤层具体分布状况如表2所示。

1.2 煤层性状与液压支架选型匹配

根据工作面圈掘状况, 太原组5号层一般煤层储量厚度在10~19 m, 垂直埋深多为350 m左右, 以塔山矿为例, 初期勘探选型液压支架时, 根据分析计算, 选择了ZF10000型放顶煤液压支架, 采高3.0~3.4 m, 采放比一般为1∶2.5左右, 局部有1∶7的情况, 支架中心距为1.75 m。回采过程中, 支架立柱爆缸, 结构件母材压损。通过数据建模模拟计算和经验估算, 发现该支架选型与实际煤层厚度不相匹配, 工作阻力太小。第二个工作面选用了ZF13000型放顶煤液压支架, 采放比与ZF10000型放顶煤液压支架基本相同, 回采过程中, 支架损坏较少, 但是经常发生压架事故, 给回采效率带来巨大压力, 往往处理压架情况就要花费2个工作日左右。而且由于产量压力, 在放煤过程中, 后部放煤非常彻底, 甚至将直接顶和老顶都放下来, 不利于洗选工作顺利开展。

最终, 经过数据模拟和井况分析, 塔山矿选择了ZF15000型液压支架, 经过几年的实践, 该架型已经成为塔山矿综采综放的主力支护设备。

山西组4号层为大同地区典型的石炭二叠系煤层, 以燕子山矿和马脊梁矿为例, 该煤层节理发育特点独特, 其节理发育为垂直偏东, 煤层呈现垂直柱状发育成煤, 在回采过程中, 片帮非常严重, 煤壁基本上不需要采煤机截割, 采煤机主要起收煤作用, 清理一下顶三角和底三角即可完成采煤。在设备选型过程中, 考虑到其煤层厚度仅仅6.8~8.2 m, 工作面矿压显现状况不会剧烈, 所以选择了ZF10000型放顶煤支架, 架间距1.5 m, 支护强度与塔山ZF13000型放顶煤液压支架相当。但是在回采过程中, 发现支架每个工作日期间都有压架现象发生, 初期4~7架, 后期发展到10架以上, 而且工作面中部个别支架的顶梁被压裂、柱帽压碎。回采工作比较困难, 日产原煤仅仅1万t左右。

2 结语

通过近几年同煤集团石炭二叠系工作面回采过程分析发现, 在支架选型过程中, 应该注意具体工作面具体矿压状况的问题, 目前大同石炭二叠系煤层工作面矿压显现剧烈, 地质条件复杂, 底板起伏不平或者底板较软, 甚至呈现倾角剧烈或者断层发育的状况[2]。当然从国内一些专家的分析来看, 这些工作面适合选用掩护式架型[3], 但是, 就大同煤矿条件来看, 矿压比较显现, 掩护式架型的两柱结构难以实现工作阻力要求, 所以, 同煤集团依然采用四柱支撑掩护式架型。

具体的工作面应该做具体的、有针对性的矿压分析, 建议成立一个数据模拟矿压特性分析研究室, 针对主力矿井进行矿压的分析, 每套液压支架有针对性地匹配工作面矿压需求。尤其是太原组和山西组石炭二叠系工作面选型。

摘要：介绍了大同煤炭石炭二叠系两组的设备使用状况和选型匹配状况, 针对具体的工作面矿压条件、支架支护性能要求、特厚煤层采放比要求等, 对大同煤炭二叠系工作面液压支架选型工作做出具体的分析, 类比选型方式在大同石炭二叠系工作面液压支架选型和使用过程中已经证明不具备科学性。文中的分析过程和阐述过程对同行进行综采综放工作面支护设备选型有一定的借鉴意义。

关键词：石炭二叠系,工作面,液压支架,放顶煤,矿压,围岩地质

参考文献

[1]解锡超, 张正喜, 唐跃刚, 等.山西省太原组和山西组煤的煤岩特征分析[J].中国煤炭地质, 2011 (8) :67.

[2]云凌.大同煤矿集团石炭系煤田采煤液压支架选型浅析[J].科技信息, 2012 (16) :343.

液压支架的选型设计 第6篇

海域三采区工作面煤层赋存条件复杂。工作面在横跨宽缓的HY向斜, 位于HY向斜西翼, 停采线位于HY向斜轴部, 煤层产状变化较大。工作面东侧为三采回风巷, 西侧为-200第四系防水煤柱和BH7钻孔, 南侧为H2304设计工作面、HF-12、SF-15断层, 北侧为H2302设计工作面、XF-30、XF-31断层、XF-36断层、XF-37断层。地表为海水覆盖, 海水深度12~14.0m。第四系地层底界标高为-65~-79m, 煤层底板标高为-200~-344m。此条件下对于选择合适的液压支架难度大。

1 支架的选型与支架的结构设计

(1) 对支架的要求, 选择合理、适用的支架架型成为海域三采区综放高产高效能否成功的关键。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) 满足北皂矿现用三机配套的要求;3) 满足北皂矿现有的提升能力、巷道运输尺寸要求;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四柱式的ZF7200放顶煤液压支架架型。

(2) ZF7200型放顶煤液压支架的主要技术参数及结构特点。结构图 (图1) 和工作特性曲线 (图2) 。放顶煤支架主要技术参数:高度/mm 2000/3200工作阻力/k N 7200初撑力/k N 5706中心距/mm1500支架宽度/mm 1430/1600支护强度/MPa 0.95底板比压/MPa 2.35质量/kg 11500泵站压力/MPa 31.5

(3) 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, 同时又可随时封闭老塘的矸石, 尾梁和插板还可以松动顶煤和切碎大块煤及矸石。这种放煤机构放煤效果好, 回收率高, 煤尘小;4) 该支架结构件选用了高强度板材, 使该支架的重量比同类型、同配套设备的支架重量减少3000kg;5) 通风断面大, 顶梁平衡区的范围较大, 适应外载荷力影响变化的能力强。

2 放顶煤液压支架应用情况

通过在线监测以及现场实测海域煤2底板比压测试数据, 为支架选型参数提供了科学的依据, 满足了现场安全生产的需要。三采区工作面ZF7200放顶煤液压支架的投入, 从支架对矿山压力控制效果来看, ZF7200型支架支护强度及支护能力方面具有较强适应力, 减少了工作面开面放炮起顶及配件维修更换工作, 满足了顶底板支护管理及矿井安全高效生产需要, 取得较好的安全、技术、经济效果。

3 结语

(1) 通过海域三采区工作面支架选型分析及论证, 综合考虑设备三机配套及矿井实际提升、运输能力, 选择适合于海域特点的ZF7200放顶煤液压支架进行生产, 液压支架的支护强度及支护能力方面具有较强适应力, 满足了顶底板支护管理及矿井安全高效生产需要, 社会效益巨大。

(2) ZF7200综采支架的投入, 减少了工作面开面放炮起顶及配件维修更换工作, 节约了设备投资成本, 保证了矿井海域工作面的正常接续, 为实现全年产量目标奠定坚实的基础。

(3) ZF7200综采支架的投入, 减少了工作面开面初期放炮起顶工作, 工作面开面后较快进入正常生产, 根据统计, 三采区工作面比其它海域工作面提前4-5天进入正常生产, 按3000吨/天产量及400元/T计算, 提前实现产值600万元;减少开面窝工损失约18万元。