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2023 年 2 月Feb.,2023doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.021苏村煤矿薄煤层开采液压支架的应用龚强(华润天能徐州煤电有限公司,江苏 徐州 221002)摘要 为了不断提高薄煤层开采液压支架应用效果,促使煤矿行业安全高效发展,以苏村煤矿薄煤层 1501 综采工作面为背景,对薄煤层安全开采问题进行了分析研究,确定了综采工作面液压支架选型,并分析了液压支架的优点以及液压支架在薄煤层中的应用,对薄煤层工作面安全高效开采提供了技术支持,为类似条件工作面开采积累了一定的经验。关键词 薄煤层工作面;液压支架;顶板管理;超前移架;及时移架中图分类号TD823.251文献标识码B文章编号1672-9943(2023)01-0068-030引言因受井下作业空间的限制,薄煤层开采不利于井下工作人员的安全作业。为提高薄煤层综采工作面安全高效生产的能力,以苏村煤矿薄煤层 5101综采工作面为研究背景,对薄煤层工作面现状进行了全面综合地分析,确定了液压支架的选型,重点研究了液压支架的优点以及液压支架在薄煤层中的应用,为薄煤层工作面安全高效开采提供了技术支持14。1工作面概况苏村煤矿 5101 综采工作面为薄煤层开采工作面。该工作面为一采区首采工作面,工作面位于井田东部边界,西部为实体煤层,北部靠近采区系统巷道,南部至矿井采区边界。工作面走向长 1 250 m、倾向长 180 m,工作面煤层厚度 0.751.56 m、平均厚度 1.15 m,平均倾角 10、最大倾角 18。煤层含 2层夹矸,结构复杂,煤层整体稳定可采。煤层直接顶板为厚 02 m粉砂岩,老顶板为平均厚 3.3 m砂岩,属于 2 类顶板,直接底板是砂质泥岩,遇水膨胀变软。5101 工作面采用综采工艺。该工艺流程为:采煤机落煤和装煤刮板输送机运煤移置输送机移液压支架。结合现场工作面情况,经过验算,该薄煤层工作面选用 ZY3200/07/15 型两柱掩护式液压支架和 MG250-BW采煤机;根据各个环节相关能力配套 5101 工作面选用 SGZ630/150 型刮板输送机和 SZD-630/75P 型转载机,顺槽运输选用SSJ800/255kW型可伸缩胶带运输机。5101 工作面布置如图 1 所示;工作面主要设备特征如表 1 所示。图 15101 工作面布置10 煤东运输上山10 煤东轨道上山10 煤东回风上山采区变电所专用回风道6 号煤东翼运输大巷6 号煤东翼轨道大巷5 号煤东翼回风大巷采区注氮机硐室6 煤煤仓6 号煤运输联络巷采区避难硐室10 煤煤仓5101 溜煤眼5101 行人绕道上部车场无极绳绞车硐室5101 工作面运输顺槽5101 工作面回风顺槽主斜井+25-25-22.5能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1682023 年 2 月Feb.,2023表 1采煤工作面主要设备特征龚强苏村煤矿薄煤层开采液压支架的应用2液压支架选型为充分发挥薄煤层液压支架支护性能好、移架速度快、强度高、安全可靠等优点,对 5101 薄煤层综采工作面液压支架进行选型。2.1架型的选择液压支架选型受顶底板岩性、开采高度、倾角、瓦斯含量、回采工艺等众多因素影响,其中顶板岩性是影响架型最重要的因素。根据煤层顶板岩性和所选择的采煤工艺,确定采用掩护式薄煤层综采液压支架。2.2支撑高度确定支架的支撑高度按下式确定:Hmax=Mmax+hfHmin=Mmin-hd-he式中:Hmax、Hmin分别为支架的最大、最小支撑高度,m;Hmax、Hmin分别为工作面最大、最小采高,m;hf为伪顶或浮煤冒落高度,一般取 100200 mm;hd为预计顶板下沉量,一般取 0.040.05 m;he为避免支架压死的撤出高度,一般取 50100 mm。5 煤可采厚度为 0.91.4 m。经计算,5 煤支架最大、最小支撑高度分别为 1.6、0.76 m。2.3支护强度计算液压支架承受的载荷主要来自支架上方冒落岩石的重量和老顶来压时的冲击载荷,按岩石自重法计算支架的支护强度:P=(68)mr9.810-3cos式中:P 为支护强度,MPa;m 为采高,m;r 为岩石密度,取 2.3 t/m3;为煤层倾角,取 3;经计算,支架的支护强度为 0.210.27 MPa。2.4推移行程确定根据采煤机截深(800 mm)要求及设备供应情况,确定推移行程为 900 mm。2.5移架时间确定支架移架速度应与煤机平均牵引速度 4 m/min相匹配,因此支架移架速度按下式计算:V=Vcd式中:V 为支架移架速度,架/min;Vc为采煤机平均牵引速度,m/min;d 为支架中心距,m。经计算,支架移架速度为 2.67 架/min。那么,移架时间 t=60V=602.67=22.47 s/架因此,支架降-移-升循环时间应小于 22.47s。综上分析,5 煤工作面支护设备选用 ZY3200/07/15 型两柱掩护式液压支架,其支架支撑高度 0.71.6 m,支护强度 0.210.27 MPa,推移行程 900 mm,支架降-移-升循环时间应小于 22.47 s。3液压支架在薄煤层中的应用根据 5101 工作面采煤机截深(800 mm)要求及设备供应情况,支架移架速度与煤机平均牵引速度 4 m/min 相匹配,支架降-移-升循环时间小于22.47 s,工作面回采率 0.97,推进度为 1 795 m/a,产量为 37.9 万 t/a。3.1薄煤层开采顶板管理根据该矿 5 号煤层顶板条件和岩石力学性质,工作面顶板采用自然垮落法管理。本井田主要可采煤层直接顶底板岩性多为砂质泥岩或泥岩,单向抗压强度不高,易碎、易垮。根据矿井生产实践,工作面顶板能随采随冒,一般不需采取强制放顶措施。工作面初次放顶若控顶距跨度较大,可采用打眼放炮等强制放顶措施。5101 综采工作面应用液压支架开采薄煤层以来,需要经历 2 次考验,一次是初次来压的考验,一次是周期来压的考验。在经历了 2 次考验之后,能够独立地进行俯采、调采、大倾角开采等,并且使得液压支架的性能在薄煤层开采工作中得到充分发挥。液压支架为支撑掩护式护顶,支架随采煤机割序号设备名称型号及规格功率/kW备注1采煤机/台MG250-BW250213新增2可弯曲刮板输送机/台SGZ-630/1502751910新增3液压支架/台ZY3200/07/1512150171新增4外注式单体液压支柱/根DZ25-25/10040050450已有5金属铰接顶梁/根HDJA-10004002402已有6乳化液泵/套MRB-200/31.59022新增7喷雾泵站/套BPW315/103022新增8转载机/台SZD-630/75P7522新增9可伸缩带式输送机/套SSJ800/2559066已有数量使用备用小计692023 年 2 月Feb.,2023煤逐架前移,在正常情况下及时支护,移架滞后煤机后滚筒 24 架移架;当遇到顶板破碎、片帮及岩层构造时,必须紧跟采煤机滚筒及时移架或进行超前移架。移架后,支架要成一条直线,且支架顶梁梁端到煤帮的距离不大于 0.34 m;升架将顶梁升平,做到接顶严密,保证初撑力符合要求。3.2液压支架的稳定性和承载能力液压支架的顶梁和掩护梁的结构相同,均为整体连接结构。该结构有利于提高液压支架整体抗压能力,增加抗扭矩能力(确保支架受力不均匀情况下发生的)。液压支架本身工作阻力大,再配合调节能力达到最大限度双平衡,符合薄煤层安全回采要求。根据苏村煤矿井下地质条件和对相邻矿井调研考察,该矿最终定制选用 ZY3200/07/15 型两柱掩护式液压支架。该支架顶部为整体结构,支架顶部与顶板完全接触,是支撑工作面顶板的主要结构,顶板压力通过支架顶部传递到工作面底板。侧护结构形式为一侧销轴固定另一侧活动,活动侧护板方向可根据需要进行安装调整。3.3液压支架对煤层与构造变化适应性ZY3200/07/15 型液压支架是依据苏村煤矿及周边煤矿工作面情况加工制造而成的,对矿井的适用性较好,液压支架行程为 1 000 mm,能适应煤层厚度在 0.71.7 m的煤岩层中。该液压支架最大优点就是薄煤层综采生产效率高、推进度快、无压力显现、安全系数高,大大降低了工人的劳动强度,且煤炭回收率高。4薄煤层综采液压支架与炮采液压支柱工作面应用效果分析炮采液压支柱工作面工艺生产效率低、工人劳动强度大,与矿井设计生产能力差距较大。而薄煤层综采液压支架工艺工人劳动强度相对较小、安全系数高、工作面推进速度快,工作面一旦装备完成能够迅速释放产能。2 种生产工艺应用效果如下:(1)回采工作面采用液压支柱支护的优势:工作面移柱方便、轻巧;工作面设备投入成本较低,维护技术要求低。劣势:每个作业循环都要投入人工移柱环节,增加人工投入,对顶板不易控制,容易造成顶板来压、垮落易出安全事故;工作面回采循环率低,存在较高的安全隐患。(2)回采工作面采用综采液压支架支护的优势:大大提高了工作面回采正规循环率,减少了人员投入及工人劳动强度;采用综采液压支架支护是将顶板进行整体支护,因而不易发生漏顶及老塘窜矸伤人事故,不仅提高了产能,而且提高了生产期间的安全系数。劣势:工作面设备一次性投入较大,维护技术要求较高,工作面安装及回撤系统要求复杂。通过较长时间的生产实践证明,薄煤层液压支架能够解决薄煤层生产过程中的诸多支护问题,也能够满足薄煤层生产中的诸多安全要求。在正常开采的过程中,薄煤层支架整体承载受力较为均衡,能够很好地应对动态矿压,具有良好的支护效果。薄煤层液压支架的应用,不仅提高了生产效率,而且提高了经济效益和社会价值。因此,采用薄煤层综采液压支架进回采,能够保证矿井持续安全高效发展。苏村煤矿薄煤层液压支架在 5101 工作面开采的成功应用,实现了薄煤层工作面机械化减人增效,为矿井薄煤层液压支架开采安全、稳定、高效发展奠定了基础。5结语为了提高苏村煤矿薄煤层综采液压支架应用效果,对薄煤层安全开采问题进行了分析研究。同时科学合理地配置了综采工作面液压支架选型,重点阐述了液压支架的优点以及液压支架在薄煤层中的应用。通过薄煤层液压支架在苏村煤矿的应用,不仅提高了生产效率,而且提高了经济效益,为苏村煤矿创造了经济效益和社会价值,确保矿井持续安全高效发展。参考文献1王法国,史元伟.液压支架技术 M .北京:煤炭工业出版社,1999.2李建民,耿清友,周志坡.我国煤矿综采技术应用现状与发展 J.煤炭科学技术,2012(10):55-60.3赵雯,李志强.ZY2000 支架薄煤层综采配套设备的应用及维护 J.内蒙古煤炭经济,2012(11):101.4张世成.薄煤层液压支架技术研究与应用 D.青岛:山东科技大学,2014.作者简介龚强(1976-),男,工程师,毕业于山东科技大学采矿专业,现任华润天能徐州煤电有限公司副总经理,长期从事煤矿安全技术管理工作。收稿日期:2022-07-21能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.170