韩康康

(山西兰花集团 莒山煤矿有限公司， 山西 晋城 048027)

0 引言

液压支架是一种维护顶板、承压底板、维护工作面作业空间的重要空间结构物，是重要的综采技术装备，对保证工作面安全开采具有重要意义[1-3]。随着开采技术的不断发展，综采工作面液压支架也得到全面发展。针对不同的地质采矿条件，国内许多院校和科研机构研制出不同型号的液压支架，为不同采高、不同工艺的综采工作面开采提供技术支撑[4]。为满足莒山煤矿3号煤层安全开采要求，以f3101工作面为工程背景，分析了液压支架的关键技术参数，确定了支架型号，为工作面支架的选型提供参考。

1 工作面概况

f3101工作面为1采区首采工作面，所采的3号煤层位于山西组下部，煤层厚5.50～8.15 m，平均厚6.18 m，煤层结构简单，含0～2层矸石。该煤层稳定可采，煤层顶板以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩为主，局部发育薄层泥岩伪顶，底板岩性为泥岩、砂质泥岩。工作面设计长度150 m，推进长度1 200 m，采用综放工艺回采，其中采2.0～2.5 m，放3.50～5.65 m，端头不放煤。

2 液压支架主要技术参数与选型分析

2.1 架型分析

目前国内外液压支架已形成以两柱掩护式和四柱支撑掩护式为主的主体架型。其中，两柱掩护式支架对顶板适应性强，主要用于薄及中厚煤层一次采全高回采工作面中；而四柱支撑掩护式支架因结构稳定,主要用于厚煤层放顶煤工作面中。莒山煤矿3号煤层属于厚煤层，采用放顶煤工艺回采，结合以往的应用实践，工作面液压支架确定为四柱支撑掩护式。

2.2 支护高度分析

工作面液压支架支护高度应满足煤层厚度变化范围内全部开采要求，即保证煤层最薄及最厚区域全部回采。一般而言，支架支护高度与煤层厚度满足如下关系[5]：

Hmax≥Mmax+0.2

(1)

Hmin≤Mmin-0.2

(2)

式中:Hmax、Hmin分别为支架最大、最小高度，m；Mmax、Mmin分别为工作面最大、最小采高，m。

按3号煤层工作面最大厚度Mmax为2.5 m，最小厚度Mmin为2.0 m，将各参数代入式(1)及式(2)，得到支架最大高度Hmax=2.7 m，最小支护高度为Hmin=1.8 m。

考虑到综放工作面液压支架与采煤机、刮板机的配套情况及支架结构特征，确定支架最大支护高度为2.8 m，最小支护高度为1.7 m。

2.3 支护强度分析

综放工作面液压支架支护强度按下式计算：

qn=9.768KM0.21γ

(3)

式中：qn为支护强度，MPa；K为备用系数，1.7；M为煤层最大高度，取8.15 m；γ为顶板岩石容重，取25 kN/m3。

代入各参数，得到支架的支护强度为0.64 MPa。

支架工作阻力按下式计算：

FS=PS×SC×BC/KS

(4)

式中：FS为支架工作阻力；PS为额定支护强度；SC为支架中心距，取1.5 m；BC为支架最大控顶距，取4.5；KS为液压支架的支撑效率，取0.90。

代入上述参数得到FS=4 800 kN。

2.4 支架选型

根据上述分析，确定莒山煤矿f3101工作面液压支架选用ZF4800/17/28型四柱支撑掩护式液压支架，主要技术参数如下：

支架高度/m

1.7～2.8

支架工作阻力/kN

4 800(41.3 MPa)

支架初撑力/kN

3 660(31.5 MPa)

立柱内径/mm

φ260

支护强度/mm

0.64～0.71

支架中心距/mm

1 500

支架控制方式

手动控制

3 应用效果分析

ZF4800/17/28支架已用于f3101综放工作面回采，目前工作面已经推进一半，回采期间工作面支架立柱应力曲线如图1所示。由图1可知,回采期间支架应力主要集中于20～35 MPa，来压期间立柱最大应力均超过41.3 MPa(安全阀开启压力)，此外回采期间未出现顶板应力过大而压死支架的现象。由此表明,ZF4800/17/28型液压支架支护强度设计合理，可满足工作面安全生产要求。

图1 工作面支架应力曲线

4 结论

本文结合莒山煤矿f3101综放工作面实际煤层赋存条件及开采技术条件，研究了工作面支架主要技术参数，确定了支架型号，并进行了工程实践，设计合理,可满足工作面安全生产的要求。