浅埋深薄煤层强力液压支架研究

浅深薄煤层强力液压支架项目所研究的主要内容是鄂尔多斯市东胜矿区多年来一直急需解决的重大技术难题。在该项目实施以前，本地区1m厚度的较薄煤层有些已经遭到废弃，有些因为没有理想的开采装备就在等待，影响了某些矿井的正常开采；项目实施后，使原来不能开采的煤炭得以开采，矿井的煤炭资源回收率得到提高，为矿井提供了比开采中厚煤层更高的经济效益，开创了整个东胜矿区浅埋深薄煤层开采的先河，对矿区综采事业的发展具有里程碑意义。

1、适应地质条件范围

井田内可采煤层有4-1、4-2、5、6-1上、6-1、6-2计6层；总体埋藏较浅，倾角1°～3°，属近水平开采，煤的硬度指数f≥3；井田内最上部煤层顶板以上30m，至最下部煤层底板以下20m范围内，以泥质粉砂岩、泥岩、中细粒砂岩为主；煤层直接顶板以泥质粉砂岩、泥岩为主，绝大部分岩石抗压强度小于30MPa，煤层顶底板岩石以泥质粉砂岩、泥岩为主，属软弱岩石。实施本项目的5号煤层，该煤层自然厚度0.71～1.15m、平均0.98m，可利用厚度0.85～1.15m、平均0.99m，与4-2煤层的层间距平均厚度62.72m，与6-1上煤层的层间距平均厚度29.78m，埋深25.06～138.93m、平均86.10m。

2、综采工作面的主要配套设备

1) MG100/240-BW型双滚筒采煤机

采煤机主要技术参数

采 高 （m）： 0.76～1.4

机 面 高 度（mm）： 650

倾 角（°）： ≤30°

卧 底 量（mm）： 70

牵引速度（m/min）： 0～5

牵 引 力（t）： 15

机 重（t）： 12

滚 筒 转 速(r/min)： 90.8

装机功率(kW)： 2×100+40=240

电 压（V）： 660/1140

拖缆方式： 强力直拖。

操纵方式： 中间手动牵引和调高，两端液控调高。

牵引方式： 液压传动，摆线轮销轨式无链牵引。

电气控制方式： 芯线控制

保护方式： 超载保护，截割电机过热、过流保护、瓦斯断电保护

采煤机配套滚筒规格： Φ800×580

2)配套刮板输送机： SGZ-630/150型刮板输送机

输 送 量（t/h） 300

设计长度（m） 180

出厂长度（m） 150

刮板链型式 中双链

链条规格 Φ18×64－C

链 速（m/s） 0.868

电机功率（kW） 2×75

中部槽规格(mm) 1500×630×190

溜槽结构型式 铸焊

牵引方式 无链

电 压(V) 660/1140

3、支架主要技术参数

⑴支 架

支架结构高度 700～1300 mm

支架宽度 1440～1590 mm

支架中心距 1500 mm

初撑力 3876kN （P=31.5MPa）

支架工作阻力 5000kN（P=40.62MPa）

支护强度 0.50～0.71 MPa（f=0.2）

底板比压（前端） 3.2～3.8MPa（f=0.2）

移架步距 600mm

泵站压力 31.5MPa

操纵方式 手动邻架操纵

⑵立柱

型式 双伸缩（2根）

缸径 280/200mm

柱径 260/185mm

工作阻力 2500kN（P=40.62MPa）

行程 482mm

⑶平衡千斤顶

型式 普通双作用（2根）

缸径 125mm

杆径 85mm

初撑力（推/拉） 387/208kN（P=31.5MPa）

工作阻力（推/拉） 498/268kN（P=40.62MPa）

行程 220mm

⑷推移千斤顶

型式 浮动活塞式（1根）

缸径 140mm

杆径 85mm

推溜力/拉架力 179/306kN

行程 700mm

⑸侧推千斤顶

型式 普通双作用（4根）

缸径 63mm

杆径 45mm

推力 98kN

收力 48kN

行程 150mm

ZY5000/07/13样机图片

4、液压支架主要技术特点

⑴该支架是两柱掩护式液压支架，采用双连杆双平衡千斤顶叠位布置，由于液压支架工作阻力大，前后连杆均采用双连杆，按常规平衡千斤顶应采用单平衡布置在中档，然而低位时平衡千斤顶和推移千斤顶干涉，故采用双平衡千斤顶布置在双前、后连杆外侧，解决了单平衡千斤顶布置在中档低位时和推移千斤顶干涉的问题；

⑵薄煤层工作面顶板一般较完整，顶梁一般不设活动侧护板，采用固定侧护板并适当加宽顶梁宽度。但设置活动侧护板对于支架调架和架间密封意义重大，就本浅埋深薄煤层强力液压支架，特设计一种新型的弹簧套筒，把弹簧套筒和侧推千斤顶合二为一，解决了浅埋深薄煤层强力液压支架设置活动侧护板的问题，使顶梁宽度由固定变为可调，活动侧护板放在面对煤壁支架的右侧，支架宽度1440-1590mm。

新型的弹簧套筒示意图

⑶通常立柱与顶梁是通过立柱柱头和顶梁柱帽耳座连接的，浅埋深薄煤层液压支架的立柱与顶梁则是通过顶梁柱窝钻通孔与立柱柱头通过销轴直接连接，减小了立柱的固定段，增大了立柱伸缩比；

顶梁柱窝钻与立柱柱头接连接示意图

⑷由于平衡千斤顶采用双平衡布置在双前、后连杆外侧，致使低位时平衡千斤顶和底座外主筋在前连杆处干涉，为此把底座外主筋后段断开内移，解决了底座外主筋和平衡千斤顶在前连杆处干涉的问题；

底座外主筋后段断开内移方案图

⑸支架的主进、回液管路均放在底座船头前方，主进液管管径为φ25，主回液管管径为φ32，主水管管径φ25，次水管管径φ13，进操纵阀支管管径为φ16，其余管路管径均为φ10。

⑹人行通道对于薄煤层支架尤为重要，浅埋深薄煤层液压支架为整体顶梁的两柱掩护式液压支架，虽采用即时支护，但拉架后推溜前的行人通道宽度不小于600mm，为操作人员提供了较为宽畅安全空间，较好地解决了行人困难的问题。

⑺由于煤层薄，空间变得异常宝贵，在薄煤层支架液压系统的设计中，一个阀组、一条胶管的布置都变得非常困难，优化浅埋深薄煤层液压支架液压系统尤为重要。液压系统采用配以板式连接液控单向阀的单进回液口双伸缩立柱后，立柱的进回液仅需两根高压胶管即可；推移千斤顶采用浮动活塞千斤顶，减少一个差压阀；喷雾座采用钢管从顶梁体内部由顶梁中部引到顶梁前部，增大了过机空间，液压系统经过这一系列优化措施后，管路系统变得尤为简洁。

5、工作面综采设备地面试运转

矿方组装支架30架，并组装了刮板输送机、采煤机，进行了地面联合试运转验收。试运转期间主要进行了以下工作，（1）对照相关设计对设备进行验收；（2）现场培训组装人员、操作人员；（3）各种设备单机试运转；（4）成套设备联合试运转。从现场运行情况看，设备之间没有相互干涉及配套不合理的现象，具备投入井下生产使用的要求。

6、井下工业性试验

设备到矿后，公司领导全力组织工作面设备安装、调试、试生产，如期进入工业性试验阶段，使该项目有条不紊地进行。平均日产1450t，最高日产1800t；各项指标均到达了设计要求，同时与课题相关的各项研究工作也全面完成，取得了好于预想的经济和社会效益，圆满地完成了各项试验任务。

7、浅埋深薄煤层强力液压支架应用推广

研究适应浅埋深薄煤层开采的强力液压支架意义重大，该支架的研制有利于我国浅埋深薄煤层机械化开采的发展，对于开发利用煤炭资源，提高资源回收率，延长矿井开采年限和实现高效开采都具有十分重要的意义，具有推广前景广阔。