高效綜采液壓支架的研制范文

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《煤礦現代化雜志》2014年第四期

1南屯煤礦九采區3下煤層礦壓情況

1.193下16工作面礦壓情況（1）工作面概況。工作面東南上覆為93上14采空區。工作面地面標高＋49.6～＋48.0m，平均48.8m，工作面標高-558～-587.5m，平均-572.8m，工作面面長113.5m，推進長度為552.5m，煤層賦層穩定，煤層厚度變化不大，煤層平均厚度為3.19m，煤層傾角1～7°，平均4°。老頂為中砂巖，灰白色,石英為主,斜層理,分選性好。普氏硬度為：f=6～8；厚度為4.38～11.0m,平均厚度均為9.63m；直接頂為泥巖，灰黑色,含砂質,強度較底。普氏硬度為：f=3～4；厚度為1.37～1.67m，平均厚為1.46m；偽頂：工作面范圍內偽頂不發育。直接底為粉砂巖，淺灰色,含泥質,局部相變為泥巖,含植物根部化石。普氏硬度為：f=4～5；厚度為：0.75～1.2m，厚度平均為1.0m；老底為細砂巖，灰～灰白色,渾濁層理,底部為粉細砂巖互層。普氏硬度為：f=5～6；厚度為：2.55～11.8m，厚度平均為9.5m。（2）93下16工作面礦壓顯現規律。根據觀測獲得的礦壓資料和分析，工作面初次放頂期間支架工作阻力統計數據和支架阻力變化曲線如圖1所示：

1.293下05工作面礦壓情況（1）工作面概況。工作面的上覆為93上05工作面采空區。工作面煤層底板標高:-399.4～530m。工作面凈面長:155.3m，回采推進長度:588.5m。平均采高為3.05m。93下05工作面為一單斜構造，南西高，北東低:煤層走向北西一南東向:煤層傾角6o~20o，平均為13o。根據相鄰工作面巷道及揭露資料顯示，該工作面地質構造復雜，在掘進過程中預計將揭露27條斷層，其中3F209斷層（H=2.0m左右）斷層落差較大。該面老頂為灰黑色粉砂巖，含植物根部化石，呈團塊狀構造。普氏硬度f=3～4；厚度6.19～2.32m，平均4.26m。老頂即為直接頂。偽頂:該區偽頂不發育。直接底為灰色細砂巖，石英為主，泥質膠結，水平層理發育。普氏硬度f=4～5；厚度3.40～0.73m，平均1.82m。老底為灰黑色粉砂巖和灰色細砂巖互層，以石英為主，鈣質或泥質膠結，具水平或微波層理。普氏硬度f=3～4；厚度23.59～10.0m，平均16.21m。（2）93下05工作面礦壓顯現規律。根據觀測獲得的礦壓資料和分析，工作面初次放頂期間支架工作阻力統計數據和支架阻力變化曲線如圖2所示：

2液壓支架的研制

2.1總體設計（1）架型的確定。根據南屯煤礦九采區3煤層條件，結合液壓支架的最新技術發展和高產高效生產的特點，優先選擇兩柱掩護式液壓支架。設計支架盡可能減小底座前端比壓，防止支架扎底。（2）液壓支架高度的確定。南屯煤礦九采區3下煤，煤層平均厚度為0～4.15m，平均煤層厚度3.2m，為最大限度資源回收，確定最大回采高度為3.8m。為保證支架發揮正常支護作用，按煤炭行業標準“液壓支架設計規范”（MT/T556-1996）的規定選取支架的最大結構高度。支架最大高度H1=3.8+0.2=4m，兩柱掩護式液壓支架，液壓支架的伸縮比較大，通過優化設計，可以使液壓支架的最低高度降低，支架的最低高度可以降低到1.95m。（3）頂梁結構形式的確定。據我礦使用經驗，架型選用鉸接分體頂梁形式，同時設置伸縮粱及護幫板，伸縮粱行程為600mm，有利于在采煤機通過后對剛暴露出的頂板進行支護。（4）底座形式及前端比壓設計。本支架底座設計為剛性開底式，此結構不僅具有很高的強度和剛度，而且對底板起伏不平的適應性強，排矸性能好，本設計通過優化計算，使得該支架的底座前端比壓相對較小。（5）支架液壓系統設計。本支架采用大流量手動控制系統，主閥采用400L/min大流量閥，主進液管路規格31.5D，主回液管路規格50。（6）支架液壓主要技術參數。2.2液壓支架整體結構力學分析利用液壓支架參數化、可視化、動態化設計軟件對支架整體結構進行力學分析，見圖3，其主要結構特點及各種參數如下：從計算結果可以看出：（1）支架粱端曲線變化平穩，支架在從高到低的運動過程中，整個過程變化量為81mm，支架在2400～3800mm高度范圍變化量為45mm，小于大采高支架規范要求不超過100mm的指標，有利于工作面頂板管理。（2）支架支護強度變化，支架在2400～3800mm高度范圍內，支護強度為0.94～1MPa。（3）支架對底板比壓小，支架在2400～3800mm高度范圍內，底座前端對底板比壓為2.1～3.7MPa。（4）支架在2400～3800mm高度范圍內，支架頂梁合力6756～7118kN之間。（5）支架初撐力在5033～5303kN之間。

3工業性試驗

ZY6800/19.5/40型液壓支架設計完成并順利通過國家煤礦支護設備質量監督檢測中心的檢測，然后在兗礦集團機電設備制造廠按照標準生產并繼續試驗，2012年5月，完成南屯煤礦整個工作面所需100個支架的生產。

3.1地質條件試驗地點為兗州煤業股份有限公司南屯煤礦9303工作面，工作面地質條件如下：

3.1.1煤層情況3下煤層，厚2.2～3.5m，平均2.84m，煤層賦存穩定，結構簡單；煤層為黑色半亮型煤，條帶狀結構，弱玻璃光澤，夾鏡煤條帶，含黃鐵礦星點；煤層松軟破碎，易冒落；煤普氏硬度系數為f=2～3。

3.1.2煤層頂底板老頂為灰黑色粉砂巖，夾薄層細砂巖，有黃鐵礦晶體，炭質條帶，含植物化石。普氏硬度為：f=3～4，老頂即直接頂。直接底為灰色粉砂巖，上部灰黑色細粒含植物化石及小炭塊，下部色淺粒粗。普氏硬度為：f=4～5。老底為灰黑色細砂巖，以石英為主，泥質膠結，法語水平層理，夾粉砂巖及泥巖條帶，含少量黃鐵礦晶體，含大量植物化石碎片。具水平或微波層理。普硬度為：f=5～6。

3.2設備配套工作面設備配套見表1。

3.3試驗結果9303工作面于2012年8月10日安裝調試完畢正式生產，工作面面長141.731m，推進長度1269m，工作面最大傾角29o，該工作面于2013年3月30日回采結束，日產最高6328t，月產最高13.7萬t。高標準完成了既定目標，工作面整個生產過程中，ZY6800/19.5/40型液壓支架經歷了直接頂的初次垮落、老頂的初次來壓和多次周期來壓，支架工作狀態良好，沒有出現支架部件損壞現象。取得了顯著的社會、經濟效益。

4社會效益分析

（1）該項目的試驗成功，使我國復雜頂板條件較大傾角煤層裝備配套水平進一步提高，并進一步發展和完善了兗礦集團綜采核心技術，推動了我國煤炭工業的發展。（2）該套設備可靠性進一步提高，設備事故率明顯降低，有利于工作面快速推進和安全高效生產。（3）支架支護阻力增大，對頂板支護能力增強，明顯改善了頂板維護狀況，杜絕了頂板事故，從而減輕了工人的勞動強度和維護頂板時的不安全因素。（4）該套設備推廣應用之后，將進一步拓寬復雜頂板條件較大傾角煤層開采技術的應用范圍，提高綜采技術水平，促進綜采技術的進一步發展。

作者：魏寶軍李偉黃勇單位：兗礦集團有限公司南屯煤礦