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47型大采高放頂煤液壓支架的研制和應(yīng)用

文檔作者：梁開東李明忠文檔來源： 1．棗礦集團(tuán)第二機(jī)械廠 2．天地科技股份有限公司開		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月10日
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第l5卷第6期(總第97期)
2010年12月
煤礦 開 采
Coal mining Technology
Vo1．15No．6(Series No．97)
December 2010
ZF7000／23／47型大采高放頂煤液壓支架的研制和應(yīng)用
梁開東 ，李明忠。
(1．棗礦集團(tuán)第二機(jī)械廠，山東棗莊277100；2．天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部北京100013)
[摘要] 根據(jù)棗莊田陳礦地質(zhì)和煤層賦存條件，提出大采高與放頂煤兩用支架的選型方案，
研制成功了ZF7000／23／47型大采高放頂煤液壓支架，應(yīng)用該支架可以實現(xiàn)對4．5m厚煤層一次采全高
開采，在3．5m高度放頂煤開采，實現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn)。
[關(guān)鍵詞] 大采高；放頂煤；液壓支架
[中圖分類號]TD355．42 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1006-6225(2010)06-0063-02
Development and Application of ZF7O00／23／47 Caving Powered
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田陳煤礦隸屬于棗礦集團(tuán)，井田范圍內(nèi)煤層穩(wěn)
定，但煤層厚度變化大，根據(jù)目前國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)
展現(xiàn)狀，無論是一次采全高還是放頂煤開采方法，
均不能獨立適應(yīng)該煤層的開采，為了提高煤炭采出
率，降低掘進(jìn)率，根據(jù)礦井地質(zhì)條件，研制了一種
新型的大采高放頂煤支架，能夠同時滿足2種采煤
方法的要求。
1 采區(qū)地質(zhì)條件
田陳煤礦7106工作面標(biāo)高一630～一720m，工
作面煤層厚5．4～9．8m，平均厚度7．9m。煤層局
部含一層0．5m泥巖夾矸，受兩側(cè)較大斷層影響，
煤層局部破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育。直接頂為粉砂質(zhì)
泥巖，厚2．8～4．75m；基本頂為中、細(xì)砂巖。直
接底為厚度3．3m的粉砂質(zhì)泥巖，局部有0．2m炭
質(zhì)泥巖；老底為細(xì)砂巖，平均24m。
2 支架主要技術(shù)參數(shù)的確定與主要結(jié)構(gòu)特點
2．1 架型的選擇
目前國內(nèi)普遍采用的放頂煤液壓支架主要是四
柱低位放頂煤液壓支架，該種架型主要有2種形
式：一是反四連桿放頂煤液壓支架；另一種是正四
連桿放頂煤液壓支架。2種架型在全國使用都較成
功，并且創(chuàng)造了工作面年產(chǎn)超過10．0Mt世界紀(jì)錄。
(1)四柱正四連桿放頇煤支架的特點 該種
架型使用廣泛，穩(wěn)定性好，技術(shù)成熟，風(fēng)險小。支
架頂梁后端切頂力大，受力平衡區(qū)較大，特別是對
于中硬以上煤層使用效果較好，人行道寬暢，安全
可靠。但這種類型的支架普遍存在前、后排立柱受
載不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致支架支撐能力降低，尾梁下
部放煤作業(yè)空間較小。
(2)四柱反四連桿放頂煤支架的特點 該種
架型穩(wěn)定性好，大尾梁有利于松動頂煤，架后做業(yè)
空間大，通風(fēng)斷面大。前后立柱受力均勻，支架頂
梁受力平衡區(qū)較大。該種架型支架利于大塊煤回
收，使用效果好。同時，該種架型頂梁縱向尺寸較
大，支架重量較重。在采高變低時人行通道較小。
根據(jù)田陳煤礦7106工作面埋深較大，頂板堅
硬，存在松軟的泥巖底板，需要支架對底板比壓
小，而且，該工作面煤層厚度變化較大，采用正四
連桿放頂煤支架，經(jīng)濟(jì)上更合理，工作面行人作業(yè)
空間也更大。
2．2 支架高度的確定
根據(jù)7106工作面煤層地質(zhì)條件，煤中間夾矸
厚度變化大、較硬，放頂煤開采時可能影響頂煤的
冒放性。因此，選擇四柱支撐掩護(hù)式大采高采、放
兩用液壓支架，其目的是通過提高機(jī)采高度，把局
部較厚的夾矸層割掉一部分，改善冒放性。對于煤
層厚度較薄的區(qū)域可以摘掉尾梁，裝上擋矸板，采
取一次采全高綜采。
為此，取支架支撐高度范圍為2．3～4．7m，最
大割煤高度可以達(dá)到4．5m，既實現(xiàn)了煤層局部變
薄地質(zhì)條件下的一次采全高綜采，同時實現(xiàn)厚煤層
的放頂煤開采，提高了煤炭資源的采出率。
[收稿日期]2010—05-20
[作者簡介]梁開東(1969一)男，山東濟(jì)寧人，工程師，從事綜采設(shè)備研制工作。
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總第97期 煤礦 開 采 2010年第6期
2．3 支架合理工作阻力的確定
支架工作阻力確定的基本條件為：綜放工作面
煤層厚度為7．9m，采煤機(jī)割煤高度3．5m，放煤高
度4．4m，平均采深約700m，煤的堅固性系數(shù)廠為
2．0左右。
(1)根據(jù)支架支撐冒落帶頂板巖層和頂煤的
重量，并平衡基本頂失穩(wěn)時對支架的動載，計算支
架所需的支護(hù)強(qiáng)度：
g=Kd(g冒+g頂煤)
式中，q為工作面支架所需支護(hù)強(qiáng)度；Kd為基本頂
失穩(wěn)時的動載系數(shù)，根據(jù)綜放工作面礦壓觀測結(jié)
果，取1．5；g冒為冒落帶巖層自重應(yīng)力，g冒= 頂h
， y頂為頂板巖層體積力，取25kN／m ，h為垮落頂
板高度，根據(jù)頂板性質(zhì)及以往礦井已開采煤層垮落
情況，取h=20．6m；q頂煤為支架上方頂煤自重應(yīng)
力，9頂煤=y煤Md， 煤為頂煤體積力，取13．0kN／
In ，M 為頂煤厚度，取4．4m。
代入上式可得：q=858kN／m
綜合理論計算和實際觀測數(shù)據(jù)，取支架的額定
支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)不低于880kN／m 。
(2)根據(jù)確定的支護(hù)強(qiáng)度和工作面配套尺寸，
確定支架合理工作阻力P：
P=qB(LK+LD)／Ks
式中，P為支架工作阻力，kN；q為支架所需的支
護(hù)強(qiáng)度，kN／m ；LK為端面距，0．46m；L。為頂梁
長度，4．672m；B為支架寬度，1．5m；K 為液壓
支架支撐效率，取0．98。
代人上式可得：JP=6912kN。
根據(jù)以上計算，查國內(nèi)液壓支架的標(biāo)準(zhǔn)系列，
取支架額定工作阻力7000kN。
2．4 支架的主要技術(shù)特征參數(shù)
架型：四柱支撐掩護(hù)式液壓支架
支架高度：2300～4700ram
支架初撐力：(P=31．5MPa)6184kN
支架工作阻力：(P=35．7MPa)7000kN
中心距：1500mm
支架寬度：1430～1600ram
支護(hù)強(qiáng)度：0．9～0．92 MPa
底座前端比壓：0．35～2．1MPa
推移步距：0．8 1TI
泵站額定壓力：31．5 MPa
2．5 液壓支架的主要結(jié)構(gòu)特點
(1)支架采高范圍大，對lOm左右特厚煤層
可以采用綜放開采(如圖1)，3．8～4．5m厚煤層
作普通綜采液壓支架使用，在支架后部加裝專用擋
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矸板，實現(xiàn)一次采全高綜采(如圖2)。
圖1 ZF7000／23／47型放頂煤液壓支架
圖2 ZZ7000／23／47型液壓支架
(2)頂梁為鉸接前梁帶伸縮梁、護(hù)幫板結(jié)構(gòu)，
實現(xiàn)挑起和收平，具有挑頂、臨時護(hù)頂和護(hù)幫雙重
功能，頂梁前端對頂板的支護(hù)能力強(qiáng)，有利于抑制
片幫和冒頂。
(3)雙伸縮立柱，調(diào)高比較大，能夠適應(yīng)厚
度變化較大的煤層。
(4)支架采取雙前連桿，單后連桿機(jī)構(gòu)，支
架穩(wěn)定性好，可靠性高。
(5)靈活的尾梁插板結(jié)構(gòu)，有利于放煤破煤。
(6)頂梁、掩護(hù)梁設(shè)置雙側(cè)活動側(cè)護(hù)板，靈
活方便，適應(yīng)性強(qiáng)。
(7)剛性分體式底座，底座前部設(shè)置起底座
裝置，對底板適應(yīng)能力強(qiáng)。
3 應(yīng)用效果
該支架從2008年11月至今在棗礦集團(tuán)田陳煤
礦7106工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗，對支架的整體性
能、穩(wěn)定性、推移、調(diào)架性能等進(jìn)行了試驗和驗
證，經(jīng)歷了工作面頂板初次來壓和周期來壓及3條
斷層的考驗，工作正常，支架結(jié)構(gòu)無損壞，最高日
產(chǎn)達(dá)到10000t，取得了良好效果。
[1]王國法，等
l999．
[2]樊運(yùn)策，等
工業(yè)出版社
[參考文獻(xiàn)]
液壓支架技術(shù)[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社
綜合機(jī)械化放頂煤開采技術(shù)[M]．北京：煤炭
2003．

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