禾草沟煤矿综采工作面液压支架选型设计
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摘 要：
结合工程实例，针对禾草沟煤矿5号煤层的地质条件，煤层的厚度和倾角、顶底板岩性、直接顶和基本顶厚度以及矿压显现规律等，通过支架支护高度、支护强度和工作阻力的计算合理选择液压支架类型，为提高薄及中厚煤层综采工作面的生产能力和安全可靠性大好了基础，为此类综采工作面液压支架选型设计提供了借鉴。
关键词：
薄煤层；综采工作面；液压支架；支护强度；支护阻力
中图分类号：
TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）19-0191-01
0 引言
我国综合机械化采煤法发展迅速，然而薄煤层综合机械化开采技术正处在发展阶段。薄煤层综合机械化开采时，液压支架的选型将关系到综采工作面工人的安全，因此，综采面液压支架选型设计是关系煤矿安全生产的关键。
1 矿井地质条件
延安市禾草沟煤矿在子长县境内，位于陕北黄土高原的中部，属典型的黄土高原地貌，地形总趋势为西高东低。矿区内共有6层煤，5号煤层、3号煤层为主要可采煤层。该矿准备在5号煤层5101工作面装备一个综采工作面。5号煤层厚度1.10～1.75m，平均厚度1.31m；煤层含夹矸1～2层。其直接顶厚度10m以上，多为油页岩，含铝土质泥岩薄层；基本顶厚度30m以上，下部为含石英细砂岩，上部为中粒砂岩。直接底厚度5m左右，为泥质粉砂岩。地层倾角1～3°，由东向西倾伏。区内岩层发育有宽缓的波状起伏，未发现较大断层和岩浆活动痕迹，构造简单。
2 液压支架型式的确定
通过类比相近综采工作面煤层厚度、顶板岩性、顶板厚度等开采条件，拟确定该矿综采工作面选择两柱掩护式液压支架。其它综采工作面基本情况及支架类型见表1。
3 液压支架的选型计算
3.1 支架高度的确定
根据5101工作面煤层的厚度，按照支架的最大高度应大于最大采煤高度0.1～0.3m的要求，选取支架最大高度为2.1m，确定支架的最低高度为0.9m。选取支架支撑高度范围为0.9～2.1m。
3.2 支护强度的计算
3.2.1 估算法计算
液压支架单位面积上的工作阻力按照估算法计算如下：
P=9.8Mγncosα×103/（K-1）
式中：P—液压支架单位面积上应有的工作阻力，Pa；
M—采高，取1.75m；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m2；
n—考虑支架受力不均衡安全系数，取2.0；
K—岩石碎胀系数，取1.4；
α—煤层倾角，取3°。
经过计算得，液压支架单位面积上的支护强度为0.134MPa。
3.2.2 按采高公式计算
液压支架单位面积上的工作阻力按采高公式计算如下：
P=（4～8）Mγcosα×9.8×103
式中：P—液压支架单位面积上应有的工作阻力，Pa；
M—采高，取1.75m；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m2；
α—煤层倾角，取3°。
经过计算，得液压支架单位面积上的支护强度为0.257～0.343MPa。
支架支护强度应不小于上述两式计算结果的最大值，取0.343MPa。
4 液压支架的确定
4.1 液压支架初步确定
根据类比方法、支护强度计算，初步确定采用ZY3200/09/21型掩护式支架，具体技术参数见表2。
表2 ZY3200/09/21型掩护式支架技术参数
式中：P—工作面顶板支护需要支架的工作阻力，kN；
n—动载系数1.5～2.0，周期来压明显时取大值，周期来压不明显时取小值。根据5101工作面顶板实际情况，取1.8；
S—支架顶梁支护的顶板面积，根据实测计算取4.75m2；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m2；
∑h—冒落带岩石的高度，m；
∑h=M/（K-1），K为岩石碎胀系数1.25～1.5，取1.3；
M—采高，取1.75m；
α—煤层倾角，取3°。
经过计算，得支架的工作阻力P为2576.11kN。ZY3200/09/21型掩护式液压支架工作阻力3200kN大于2576.11kN，因此，该型号的液压支架能够满足本工作面工作阻力的要求。
4.2.2 液压支架支护阻力验算
按采高公式计算支架支护强度最大值为0.343MPa。ZY3200/09/21型掩护式液压支架工作阻力0.42～0.57MPa大于0.343MPa，因此，该型号的液压支架能够满足本工作面支护强度要求。
5 结论
根据5101工作面煤层的厚度，按照支架的最大高度应大于最大采煤高度0.1～0.3m的要求，选取支架最大高度为2.1m，确定支架的最低高度为0.9m。选取支架支撑高度范围为0.9～2.1m。
参考文献
[1]梁洪光.薄煤层综采技术发展现状[J].煤矿开采，2009，14（1）：9-12.
[2]刘洪涛.浅谈薄煤层综采技术及发展趋势[J].科技论坛，2011，（4）：54.