特厚煤層綜采放頂煤液壓支架的選型與技術研究

任武軍

摘要：綜采放頂煤工作面頂板的支護和管理是關系安全生產的主要因素，而實現綜采工作面頂、底板支護的唯一設備就是液壓支架。液壓支架合理選型是綜采成功的重要保證，是工作面實現高產高效的關鍵設備。

【關鍵詞】 放頂煤 綜采 采煤工藝 液壓支架

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

綜放開采不僅是不穩定厚煤層開采的一種有效方法，也是實現高產高效礦井建設的有效途徑，為綜采放頂煤開采技術的可持續發展奠定了基礎。綜采放頂煤工藝支架選型合適，設備科學配套，工藝參數和勞動組織優化，可提高工作面的產量。綜采放頂煤巷道掘進率低，巷道維護環境也有所改善。能明顯緩解綜采采掘銜接緊張的狀況。工作面搬家次數相對減少，可提高綜采成套設備的有效使用率和單套設備的年產量，井下工效率和工作面效率等都有明顯提高，能源動力消耗少。綜采放頂煤適合開采條件復雜、煤層厚度變化大、頂底板不平、斷層較多、工作面較短、地帶三角區等條件下采用。綜采放頂煤開采是一種安全高產、低耗高效的采煤方法。

1 綜采放頂煤基本特點及類型

1.1 綜采放頂煤采煤法的基本特點

放頂煤采煤法就是在厚煤層中，沿煤層（或分段）底部布置一個采高2-3米的長壁工作面，用綜合機械化采煤工藝進行回采，利用礦山壓力的作用或輔以人工松動方法使支架上方的放頂煤破碎成散體后由支架后方（或上方）放出，并予以回收的一種采煤方法。綜合機械化放頂煤工作面采煤工藝過程為：在煤層（或分段）底部布置的綜采工作面中，采煤機割煤后，液壓支架及時支護并移至新的位置，隨后將工作面前部刮板輸送機推移至煤壁。操作后部刮板輸送機千斤頂，將候補刮板輸送機前移至相應位置。采煤機割過1-3刀后，按規定的放煤工藝要求，打開放煤窗口，放出已松散的煤炭，待放出的煤炭中含矸量超過一定限度后，及時關閉放煤口。完成采放全部工序為一個放頂煤開采工藝循環。

1.2 基本類型

根據厚煤層的賦存條件不同，放頂煤長壁采煤法可分為以下兩種主要類型。

一次采全厚放頂煤開采。沿煤層底板布置一個放頂煤開采長壁工作面一次放出頂煤全厚。高產、高效綜放工作面的最佳開采厚度為6—10m。是我國目前使用的主要方法。其優點是：回采巷道掘進量及維護量少；工作面設備少；采區運輸、通風系統簡單；生產集中。缺點是煤質較軟時，工作面運輸平巷及回風巷維護較困難。

預采頂分層網下放頂煤開采。沿煤層頂板布置一個普通長壁工作面，進行鋪網預采分層，待頂板垮落后沿煤層底板布置放頂煤工作面，將兩個工作面之間的煤在網下放出。這種方法適用于厚度大于12m，直接頂堅硬或煤層瓦斯含量高，需要預先排放瓦斯的緩斜煤層。其優點是由于頂層鋪設金屬網，可以減少放煤的含矸量。其確定是開采頂分層后一般礦山壓力減弱，不利于頂煤的破碎，常有大塊煤需要人工預裂。這種方法在兗州礦務局的鮑店煤礦、徐州三河尖礦等得到應用，取得了良好的效果。

2 綜采放頂煤工藝

綜采放頂煤工作面輸送數量可分為單輸送機和雙輸送機放頂煤種，按液壓支架上的放煤口位置可分為高位、中位和低位放頂煤三種。

雙輸送機放頂煤的工藝過程是采煤機以前部輸送機為導軌，首先沿底板割煤，前部輸送機運煤，隨著支架的前移。頂煤冒落，達到規定放煤步距后，打開液壓支架放煤窗口，將冒落的頂煤放入后部輸送機運走。

采煤機割煤、移架、移前部輸送機放頂煤工作面內有兩條運煤路線，工作面采煤機割煤、移架、移前部輸送機及出煤方式與普通的綜采相同。

移后部輸送機移架（或移前部輸送機）后，后部輸送機隨著支架前移。在操作過程中應注意中部槽的連接部位，一面發生錯槽等事故。

放頂煤初采支架推出切眼，頂煤一冒落就開始放煤。放頂煤前要把支架排成直線，自順槽一端向另一端依次放煤，視情況可依次一架或同次放兩架。也可割煤、放煤實行平行作業，即沿工作面全長一分為二，實行前半部放煤，后半部割煤，后前半部割煤，后半部放煤。在放煤口出現較多矸石時（控制在10%左右），及時停止放煤。如遇大塊煤堵塞放煤窗口，要反復升降放煤板處理。頂煤較硬，不能及時垮落的，應預先注液軟化。

單輸送機放頂煤工藝與雙輸送機放頂煤工藝相同。其特點是設備占用少，機頭移動簡單，端頭易于維護，減少了后輸送機的管理和操作程序。但頂煤松軟，較厚時，容易產生架上、架前冒空，煤塵也很難控制。

3 提高綜采放頂煤開采回收率的措施

3.1 適度加大工作面幾何尺寸

可以根據地質條件、設備配備、人員素質的情況，適當加大工作面尺寸，可相對減少初采、末采及端頭煤炭損失率，以提高工作面的采出率。

3.2 科學選擇放煤步距和放煤工藝

放煤步距要按照煤層厚度、放煤口幾何尺寸及排矸能力確定，在煤層較厚、放煤口較大時，放煤步距要相應加大，反之要適當縮小。選煤系統若是洗選加工、排矸能力較大，可適當縮小放煤步距，可提高回收率，又不至于影響煤質。

3.3 擴大端頭放煤范圍

在現有的條件下，研制有效的端頭支架，完善支架配套，實施端頭全部放煤。如端頭支架尾部設有能擺動的放煤插板，可使工作面煤炭采出率提高5%—6%。

4液壓支架選型依據

筆者認為，在采煤企業中合理的液壓支架選型是實現采煤工作面安全高效生產的保證。多年來，筆者根據工作實踐得知，液壓支架架型的選擇雖然主要取決于頂板條件，但還應根據其它地質條件結合各類支架的不同性能和特點，在生產中加以選擇一種較為合理的架型設計則是更為理想的?，F在筆者就對這方面總結下看法。

4.1取決于煤層厚度。根據我國煤層賦存的特點厚度超過、頂板有側向推力或水平推力時應選用抗扭能力強的支架一般不宜用支撐式支架。根據煤層的不同硬度厚度達到以上時需要選擇帶有護幫裝置的掩護式和支撐掩護式支架。煤層厚度變化大時應選擇調高范圍較大的掩護式或雙伸縮支柱的支架。

4.2除此之外，還有煤礦里瓦斯的含量多少。在這方面筆者建議對瓦斯涌出量大的工作面應符合煤礦安全規程的要求并優先選用通風斷面較大的支撐式和支撐掩護式支架。再比如說底板的強度。這主要是應使支架對底板的裁荷集度不超過底板的允許抗壓入強度。

5液壓支架選型方法

多年來，我國的一些采煤企業主要走的是較為傳統的選型方法，那就是分析比較法，它是根據決定支架整體及各部件類型的主要因素列出可能選擇的幾種形式。進行比較以決定最適用的形式及其參數在選擇時也應考慮次要因素的作用。近代發展的專家評分法就是綜合考慮各因素的影響程度，并采用專家評分法對各因素的適應性及重要性做出評價。在這里筆者總結兩個方法，以供大家參考使用。

5.1第一個方法是系統分析比較法。這種方法就是對要選擇的多種方案的各個屬性、部分、方面分別研究比較決定的方法。在實際生產中根據礦山地質條件來分析、比較及決定支架各部分的類型及參數。其選型原則為主要根據直接頂等因素確定支架的額定工作阻力、初撐力、幾何形狀、立柱數量及位置、移架方式、頂板覆蓋率。

5.2第二個方法是綜合評分法。根據專家研究認為支架選型可采用下述綜合評分法。支架選型要素及評價。已知開采地質、技術條件進行支架選型時必須考慮各種支架對圍巖的適應性及力學特性。支架選型時必須優先考慮的要素有直接頂類別、老頂級別等。它可以反映支架對圍巖的適應能力、支架的力學特性和工作特性。根據上述要素和評價可初步進行支架選型。

6結語

總之，煤綜放開采是不穩定厚煤層開采的一種有效方法。目前，厚煤層放頂煤開采技術已經成熟，并在我國得到了迅速的發展和推廣應用。在未來的很長一段時間內，綜采放頂煤開采技術憑借高安全性、增產增效的絕對優勢，會成為我國厚煤層開采技術的“領航者”。但是我國地大物博，無論是厚煤層開采條件還是埋藏條件都具有多樣性，這就決定了綜合開采技術具有層次性的特點，不可能用單一的方法來處理所有問題；也不可能把綜放開采技術應用到所有的煤礦開采中。不管是新建礦井還是老礦井，在進行設計和改造時，都應該根據煤礦的實際開采情況，設計與之相適應的礦井模式。

參考文獻：

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