高效综采液压支架的研制范文

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《煤矿现代化杂志》2014年第四期

1南屯煤矿九采区3下煤层矿压情况

1.193下16工作面矿压情况（1）工作面概况。工作面东南上覆为93上14采空区。工作面地面标高＋49.6～＋48.0m，平均48.8m，工作面标高-558～-587.5m，平均-572.8m，工作面面长113.5m，推进长度为552.5m，煤层赋层稳定，煤层厚度变化不大，煤层平均厚度为3.19m，煤层倾角1～7°，平均4°。老顶为中砂岩，灰白色,石英为主,斜层理,分选性好。普氏硬度为：f=6～8；厚度为4.38～11.0m,平均厚度均为9.63m；直接顶为泥岩，灰黑色,含砂质,强度较底。普氏硬度为：f=3～4；厚度为1.37～1.67m，平均厚为1.46m；伪顶：工作面范围内伪顶不发育。直接底为粉砂岩，浅灰色,含泥质,局部相变为泥岩,含植物根部化石。普氏硬度为：f=4～5；厚度为：0.75～1.2m，厚度平均为1.0m；老底为细砂岩，灰～灰白色,浑浊层理,底部为粉细砂岩互层。普氏硬度为：f=5～6；厚度为：2.55～11.8m，厚度平均为9.5m。（2）93下16工作面矿压显现规律。根据观测获得的矿压资料和分析，工作面初次放顶期间支架工作阻力统计数据和支架阻力变化曲线如图1所示：

1.293下05工作面矿压情况（1）工作面概况。工作面的上覆为93上05工作面采空区。工作面煤层底板标高:-399.4～530m。工作面净面长:155.3m，回采推进长度:588.5m。平均采高为3.05m。93下05工作面为一单斜构造，南西高，北东低:煤层走向北西一南东向:煤层倾角6o~20o，平均为13o。根据相邻工作面巷道及揭露资料显示，该工作面地质构造复杂，在掘进过程中预计将揭露27条断层，其中3F209断层（H=2.0m左右）断层落差较大。该面老顶为灰黑色粉砂岩，含植物根部化石，呈团块状构造。普氏硬度f=3～4；厚度6.19～2.32m，平均4.26m。老顶即为直接顶。伪顶:该区伪顶不发育。直接底为灰色细砂岩，石英为主，泥质胶结，水平层理发育。普氏硬度f=4～5；厚度3.40～0.73m，平均1.82m。老底为灰黑色粉砂岩和灰色细砂岩互层，以石英为主，钙质或泥质胶结，具水平或微波层理。普氏硬度f=3～4；厚度23.59～10.0m，平均16.21m。（2）93下05工作面矿压显现规律。根据观测获得的矿压资料和分析，工作面初次放顶期间支架工作阻力统计数据和支架阻力变化曲线如图2所示：

2液压支架的研制

2.1总体设计（1）架型的确定。根据南屯煤矿九采区3煤层条件，结合液压支架的最新技术发展和高产高效生产的特点，优先选择两柱掩护式液压支架。设计支架尽可能减小底座前端比压，防止支架扎底。（2）液压支架高度的确定。南屯煤矿九采区3下煤，煤层平均厚度为0～4.15m，平均煤层厚度3.2m，为最大限度资源回收，确定最大回采高度为3.8m。为保证支架发挥正常支护作用，按煤炭行业标准“液压支架设计规范”（MT/T556-1996）的规定选取支架的最大结构高度。支架最大高度H1=3.8+0.2=4m，两柱掩护式液压支架，液压支架的伸缩比较大，通过优化设计，可以使液压支架的最低高度降低，支架的最低高度可以降低到1.95m。（3）顶梁结构形式的确定。据我矿使用经验，架型选用铰接分体顶梁形式，同时设置伸缩粱及护帮板，伸缩粱行程为600mm，有利于在采煤机通过后对刚暴露出的顶板进行支护。（4）底座形式及前端比压设计。本支架底座设计为刚性开底式，此结构不仅具有很高的强度和刚度，而且对底板起伏不平的适应性强，排矸性能好，本设计通过优化计算，使得该支架的底座前端比压相对较小。（5）支架液压系统设计。本支架采用大流量手动控制系统，主阀采用400L/min大流量阀，主进液管路规格31.5D，主回液管路规格50。（6）支架液压主要技术参数。2.2液压支架整体结构力学分析利用液压支架参数化、可视化、动态化设计软件对支架整体结构进行力学分析，见图3，其主要结构特点及各种参数如下：从计算结果可以看出：（1）支架粱端曲线变化平稳，支架在从高到低的运动过程中，整个过程变化量为81mm，支架在2400～3800mm高度范围变化量为45mm，小于大采高支架规范要求不超过100mm的指标，有利于工作面顶板管理。（2）支架支护强度变化，支架在2400～3800mm高度范围内，支护强度为0.94～1MPa。（3）支架对底板比压小，支架在2400～3800mm高度范围内，底座前端对底板比压为2.1～3.7MPa。（4）支架在2400～3800mm高度范围内，支架顶梁合力6756～7118kN之间。（5）支架初撑力在5033～5303kN之间。

3工业性试验

ZY6800/19.5/40型液压支架设计完成并顺利通过国家煤矿支护设备质量监督检测中心的检测，然后在兖矿集团机电设备制造厂按照标准生产并继续试验，2012年5月，完成南屯煤矿整个工作面所需100个支架的生产。

3.1地质条件试验地点为兖州煤业股份有限公司南屯煤矿9303工作面，工作面地质条件如下：

3.1.1煤层情况3下煤层，厚2.2～3.5m，平均2.84m，煤层赋存稳定，结构简单；煤层为黑色半亮型煤，条带状结构，弱玻璃光泽，夹镜煤条带，含黄铁矿星点；煤层松软破碎，易冒落；煤普氏硬度系数为f=2～3。

3.1.2煤层顶底板老顶为灰黑色粉砂岩，夹薄层细砂岩，有黄铁矿晶体，炭质条带，含植物化石。普氏硬度为：f=3～4，老顶即直接顶。直接底为灰色粉砂岩，上部灰黑色细粒含植物化石及小炭块，下部色浅粒粗。普氏硬度为：f=4～5。老底为灰黑色细砂岩，以石英为主，泥质胶结，法语水平层理，夹粉砂岩及泥岩条带，含少量黄铁矿晶体，含大量植物化石碎片。具水平或微波层理。普硬度为：f=5～6。

3.2设备配套工作面设备配套见表1。

3.3试验结果9303工作面于2012年8月10日安装调试完毕正式生产，工作面面长141.731m，推进长度1269m，工作面最大倾角29o，该工作面于2013年3月30日回采结束，日产最高6328t，月产最高13.7万t。高标准完成了既定目标，工作面整个生产过程中，ZY6800/19.5/40型液压支架经历了直接顶的初次垮落、老顶的初次来压和多次周期来压，支架工作状态良好，没有出现支架部件损坏现象。取得了显著的社会、经济效益。

4社会效益分析

（1）该项目的试验成功，使我国复杂顶板条件较大倾角煤层装备配套水平进一步提高，并进一步发展和完善了兖矿集团综采核心技术，推动了我国煤炭工业的发展。（2）该套设备可靠性进一步提高，设备事故率明显降低，有利于工作面快速推进和安全高效生产。（3）支架支护阻力增大，对顶板支护能力增强，明显改善了顶板维护状况，杜绝了顶板事故，从而减轻了工人的劳动强度和维护顶板时的不安全因素。（4）该套设备推广应用之后，将进一步拓宽复杂顶板条件较大倾角煤层开采技术的应用范围，提高综采技术水平，促进综采技术的进一步发展。

作者：魏宝军李伟黄勇单位：兖矿集团有限公司南屯煤矿