采空区下综采工作面液压支架强度研究与实践.pdf

第 卷第 期煤炭科技 年 月 收稿日期：；：作者简介：王平（），男，陕西神木人，工程师，年毕业于中国矿业大学机电工程专业，现从事煤矿安全生产管理工作。引用格式：王平 采空区下综采工作面液压支架强度研究与实践 煤炭科技，（）：，（）：，文章编号：（）采空区下综采工作面液压支架强度研究与实践王平（陕西能源凉水井矿业有限责任公司，陕西 神木 ）摘要：凉水井煤矿 工作面位于 煤层采空区下部，为了实现该工作面的安全高效生产，结合工作面地质条件，采用经验估算法、数值模拟法对液压支架的支护强度进行研究，确定了合理的液压支架型号。实践表明，选择的液压支架合理，保证了工作面的安全生产，为该矿其他类似工作面液压支架选型提供了参考。关键词：采空区下；综采工作面；液压支架中图分类号：文献标志码：（，）：，：；：为了实现矿井的高产高效，赋存条件好的煤层被充分开采，地质条件越来越复杂，近距离煤层群的开采得到了重视。近距离煤层群一般采用下行式开采，从上到下逐层开采，保护了各煤层的可采性。但采用下行式开采方式时，先开采的上煤层一定范围内采动覆岩遭到了破坏，至开采下煤层时，其采动围岩和应力分布状态已经发生了变化，给顶板控制带来一定程度的影响 。为利于采场支护，达到安全回采的目的，下煤层支护强度的确定及液压支架的选型非常重要。针对凉水井煤矿井 煤层采动对 煤层液压支架的支护影响进行研究，确定了合理方案并付诸实践，保证了工作面安全回采。工程概况凉水井煤矿主采 煤层，为满足矿井 万 开采规模的要求，在 、煤层中布置工作面，与 煤层进行配采。工作面布置在 煤层中，位于 煤层采空区下部，煤层采动后形成的底板破坏最大深度约 ；掘进区域 煤层顶板至 煤层底板平均距离为 ，煤层顶板未遭受破坏的厚度仅为 。根据 煤层赋存特征及矿井生产技术条件，工作面采用综合机械化一次采全高采煤工艺，顶板采用全部垮落法处理。工作面自东向西后退式进行回采，年第 期王平：采空区下综采工作面液压支架强度研究与实践第 卷工作面走向长度 ，倾斜长度 ，平均采高 。液压支架支护强度确定在工作面生产过程中，液压支架支护强度的确定是岩层控制的重点内容之一。依据工作面地质条件，通过经验估算结合数值模拟分析方法，确定了液压支架的合理支护强度 。经验估算法在煤层开采过程中，工作面上覆岩层主要通过液压支架进行支承。依据上覆岩层顶板结构与液压支架的相互关系，简化液压支架的受力情况，支架受力包括两部分：直接顶的载荷；基本顶通过直接顶作用于液压支架的载荷 。顶板压力如图所示。图 回采工作面顶板压力示意 （）直接顶载荷。式中，为直接顶厚度；为悬顶距；为体积力。为便于简化计算，将 视为液压支架的控顶距离 ，则：其载荷为：（）基本顶载荷。对生产工作面进行统计，以正常生产条件为准，周期来压时基本顶载荷增加，但不超过平常载荷的 倍 。因此，周期来压时的液压支架支护强度为：式中，为来压时液压支架的支护强度；为增载系数，取 。取 （为采高，为碎涨系数），则：式中，为岩石的碎涨系数，一般取 ，可得：（）在计算支架所需支护强度时，应考虑 煤层采后应力集中的影响，根据数值计算取 。同时，应考虑一定的动载系数。根据 煤层开采经验，动载系数为 ；考虑到 煤层比 煤层采高小，动载系数取 。（）（）根据矿井实际地质条件，工作面极限最大采高为 （支架最大高度为 ）；上覆岩层的平均密度取 ；液压支架的支护强度为 。考虑立柱倾斜时要保障一定的支护强度，按照 的支撑效率计算，支架支护强度不小于 。数值模拟分析方法矿井赋存多个煤层，目前主要回采 煤层，煤层位于其下部，工作面上覆为 煤层采空区。煤层位于延安组第二段顶部，平均厚度 ，含 层夹矸，工作面长度约 ，液压支架支护强度 。根据地质条件及力学参数建立数值计算模型 。在采用数值模拟方法进行建模分析时，需充分考虑上覆 煤层开采对 煤层开采的影响，共设计 种试验方案，煤层开采支护强度分别为 、，得出合理的支护强度。沿工作面推进方向进行剖面，对不同支护强度工作面顶板控制效果进行分析。不同顶板强度应力云图如图 所示。由图 可以看出，煤层与 煤层间距较小，煤层开采后采动应力经底板传递到 煤层工作面上覆顶板；当 煤层经过 煤层采空区时，由于 煤层顶板在 煤层开采过程中已经破坏了原有的平衡状态，随着支护强度的增加（），顶板应力及位移会逐渐降低；当工作面支护强度增大到一定程度后，煤岩体的自承载能力增加，此时能够满足安全开采要求，即支护强度为 可以满足开采要求。支护设备阻力验算通过对 工作面支护强度的计算，并结合 年第 期煤炭科技第 卷图 不同顶板强度应力云图分布 工作面“三机”配套情况，最终确定液压支架采用两柱掩护式支架。为加强工作面两端头的顶板控制，端头支架的型号与工作面支架不同：工作面支架选用 型液压 支 架，端 头 支 架 选 用 型液压支架。依据工作面的倾斜长度，工作面切眼共布置液压支架 架，采用两进两回方式供液，机头、机尾各布置端头支架 架，共布置 架。型工作面端头支架参数：支撑高度 ；宽度 ；中心距 ；额定工作阻力 ；额定初撑力 ；操纵方式为电液控制；数量为 架；单台支架质量 。型工作面液压支架参数：支撑高度 ；宽度 ；中心距 ；额定工作阻力 ；额定初撑力 ；操纵方式为电液控制；数量 架；单台支架质量 。在工作面开采过程中，当上覆岩层发生垂直切落时，会产生较大的冲击力，此时液压支架的支护强度最大 ，选用这个阶段对液压支架的支护强度进行验算，经过计算 工作面所选两柱掩护式电控液压支架支护强度为 ，即所选支架在合理的支护强度范围内。现场实践在现场生产中，工作面 号液压支架来压明显，但液压支架安全阀没有频繁开启，能够满足顶板支护的需求，表明支架选型合理。结合现场观测可知，工作面范围内未出现明显的端面冒漏和煤壁片帮现象，证明了所选支架的合理性。结论（）采用经验估算法及数值模拟方法，确定了 工作面液压支架的支护强度不小于 ，并对选用的液压支架支护强度进行了验算，证明可满足支护强度的要求。（）确定了合适的液压支架型号：工作面支架选用 型液压支架，端头支架选用 型液压支架，经实践验证所选支架能够满足顶板支护的需求，在实际生产中取得了良好的效果。参考文献（）：郭涵潇，刘勇，康向涛 下保护层开采对上部煤层保护范围研究 采矿技术，（），（），樊海亮 近距离煤层群卸压区回采工作面开采技术研究 徐州：中国矿业大学，王超 近距离煤层同采工作面矿压规律研究 青岛：山东科技大学，陈盼 近距离煤层采空区下工作面矿压显现与覆岩移动规律研究 西安：西安科技大学，王建 小纪汗煤矿中厚煤层液压支架的选型与研究 西安：西安科技大学，蔡明华 凉水井煤矿薄煤层切顶卸压沿空留巷关键参数及开采设备选型研究 徐州：中国矿业大学，王洪庆，乔巨忠 同煤集团同朔同盈 号煤层液压支架选型 煤，（）：，（）：（下转第 页）年第 期煤炭科技第 卷 结语设计了带减压阀的二级制动液压站，弥补目前部分矿井使用的提升机液压站存在的二级制动并联不冗余的缺陷，通过 仿真分析，所设计的带减压阀的二级制动液压站在高油压下安全制动、工作制动和井口一级安全制动都有良好的工作性能和稳定性能。因此，设计的应用带减压阀的二级制动液压站减少了矿井提升机危险事故的发生，保证了矿井的安全生产。参考文献（）：邢启风，邢硕 矿用提升机恒减速液压制动系统安装关键技术 煤矿机电，（）：，（）：张亚运，徐桂云 矿井提升机手动回油系统的设计与仿真 煤矿机械，（）：，（）：周辉，倪长敏 提升机液压制动失效后备保护装置的研制 煤炭科技，（）：，（）：，（）：，（）：时彬彬 矿井提升机液压制动系统双通道恒减速控制策略研究 徐州：中国矿业大学，（）：许彦鹏 矿井提升智能恒减速电液制动系统的应用研究 西安：西安科技大学，李家安 矿井提升恒减速制动系统电液控制装置性能研究 淮南：安徽理工大学，刘轶 水压比例溢流阀的研究 武汉：华中科技大学，（）：，强中辉 矿用提升机制动系统冗余回油管路的设计与应用 当代化工研究，（）：，（）：檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 （上接第 页）王福清 皖北矿区软弱围岩综采工作面液压支架适应性研究 北京：煤炭科学研究总院，段红飞 小纪汗煤矿中厚煤层接续工作面支架选型研究 煤炭科技，（）：，（）：温国惠，张军，朱建平，等 中厚较薄煤层综采工作面总体配套及液压支架设计研究 煤炭科技，（）：，（）：范超 综采工作面液压支架支护强度的研究 煤炭科技，（）：，（）：刘永峰 马兰矿井下液压支架的选型研究 山东煤炭科技，（）：，（）：梅瑞 液压支架顶梁和掩梁检修平台设计与应用 煤炭科技，（）：，（）：，