大采高综采液压支架发展现状研究

2022-09-10

中国煤炭储量丰富, 厚煤层储量占总储量的4 3%, 缓倾斜厚煤层煤炭产量占总产量的4 5%左右。我国很多矿区赋存有3.5~5.0 m厚的煤层, 这类煤层在皖北、邢台、开滦、徐州、龙口、充州、淮北、阜新、双鸭山、义马、西山、铜川、阳泉等矿区均为主采煤层。国内外研究和生产实践表明, 煤炭生产的高产高效和现代化是当今国际煤炭工业的发展方向, 也是我国煤炭行业的必然选择, 这就要求大力发展厚煤层综合机械化采煤。对于煤层倾角小于3 0“的厚煤层开采, 国内外的开采方法有沿倾斜方向分层开采 (包括分层下行长壁垮落采煤法和分层上行长壁充填采煤法) 、一次采全高整层开采 (即大采高综采) 、放顶煤开采方法等。在以上各种采煤方法中, 大采高综采是指对3.5m~5.0m厚的煤层一次采全高的综合机械化开采。大采高综采是在中厚煤层综采的基础上, 研制适应采高增大的成套设备和工艺技术后逐步发展形成的。

对于煤层倾角小于3 0°的厚煤层开采, 大采高综采与放顶煤采煤法相比具有下列优点: (1) 煤炭资源回收率高; (2) 煤炭含矸率低; (3) 采煤工作面煤尘少、自然发火和瓦斯涌出安全性好等优点; (4) 对于3 m-4 m不适宜放顶煤开采的厚煤层, 大采高具有工效高、成本低等优点。

但是, 经过许多专家、学者多年理论研究及现场观察发现, 这种采煤新工艺工作面内支架-围岩系统稳定性差、事故率高, 尤其严重的是高架稳定性事故率高达1 9%以上, 远高于一般采高 (2 m~3 m) 综采面。大量的高架稳定性事故大大加剧了采面设备的磨损和老化, 高架的咬架、倒架事故直接引发顶板事故, 而且调整支架的难度、材料、工时消耗很大, 严重制约了大采高综采效能的发挥。

1国外研究现状

俄罗斯、德国、波兰、捷克、英国、日本等国从6 0年代开始就发展采用大采高综采。早在60年代, 日本曾设计了一种5 m采高并带中间平台的液压支架, 获得了日本国家设计奖。德国早在1 9 7 0年使用贝考瑞特垛式支架成功地开采了热罗林矿4 m厚的7#煤层, 德国拥有的大采高液压支架 (简称高架) 架型包括威斯特伐利亚C-25/56、赫姆夏特T550-22/60、蒂森RHS25-50BL及G320-23/45型大采高液压支架。前苏联采用M 1 2 0-3 4/4 9型掩护式支架、波兰采用P O M A 2 2/4 5型掩护式支架、捷克使用F 4/4 5 0 0型支架作为大采高液压支架。目前, 国外厚煤层大采高液压支架的最大支撑高度己达7 m, 采煤机最大采高己达5.4 m。各国的生产实践表明, 在一些良好的地质和生产技术条件下开采较硬的煤层, 大采高综采实现了高产高效、高安全、高回收率和经济效益好的目标, 但大采高综采开采缓倾斜厚煤层的经济效益从总体上来看仍需继续提高。国外一般认为:设备重型化和尺寸加大、高架稳定性、大断面顺槽开掘与支护、采面运输等都是限制大采高综采取得显著经济效益和推广应用的障碍。因此, 世界主要产煤国至今仍在积极地改进、完善大采高液压支架, 并不断进行现场实践和扩大大采高综采的应用范围。

2国内研究现状

我国于1 9 7 8年引进德国赫姆夏特公司G 3 2 0-2 3/4 5型掩护式大采高液压支架及相应的采煤、运输设备, 在开深范各庄矿1 4 7 7综采工作面开采7#煤层, 开采效果良好。1 9 8 5年在西山矿务局官地矿首次进行国产BC520-25/47型支撑掩护式大采高液压支架试验, 开采的8#煤层平均厚度4.5m, 倾角小于50, 在采高4.0m及11级3类顶板条件下, 支架经历了仰斜、俯斜和斜推使用, 综采工作面3个月产煤11.2万吨。

1986年我国研制的BY3200-23/45型掩护式支架在东庞矿试验成功, 1 9 8 7年至1 9 8 8年东庞矿又与北京煤机厂合作研制了改进型BY3200-23/45型和Y3600-25/50型掩护式大采高液压支架, 并成功地应用于东庞矿2#煤开采。西山矿务局官地矿、西铭矿及双鸭山局新安矿使用B C 4 8 0-2 2/4 2型支架, 总体效果良好。义马矿务局耿村矿选用Q Y 3 5 0-2 5/4 7型二柱掩护式支架, 并于1987年10月在12061工作面安装投产, 总体来看义马煤田厚煤层的工程技术条件能适应4 m~5 m厚煤层综机一次采全高的技术要求。此外, 徐州矿务局权台矿在“三软” (顶软、底软、煤层软) 煤层, 大同矿务局在“三硬”煤层条件下, 分别研制了端面支撑力大、底座比压小的Z Y R 3 4 0 0-2 5/4 7型短顶梁插腿掩护式液压支架及支撑能力大、切顶性能强、整体稳定性好的TZ10000-29/47型支架, 大屯徐庄矿也于2 0 0 4年9月开始利用新研制的大采高综采支架回采近距离煤层下组煤。

2 0 0 7年, 皖北煤电集团任楼煤矿综采一区Ⅱ7 2 1 1安装了5米大采高支架, 在面对工作面地压大, 瓦斯大, 倾角大, “三大”, 底板软, 煤质软, 顶板软, “三软”的恶劣条件, 全区艰苦奋斗, 积累了丰富的大采高经验, 在接下来的Ⅱ7 2 1 0大采高工作面回采过程中, 完成了月产1 6.4万吨的成绩。该集团接下来又在五沟矿安装了大采高支架, 目前已顺利回采。

经过2 0余年来的发展, 我国研制和生产的大采高液压支架己有3 0余种架型。支架结构高度最高为5 m, 支架工作阻力最高达l 4 M N/架, 架型有二柱掩护式和四柱支掩式两种, 前梁有挑梁式和伸缩梁式两种, 底座有插腿和非插腿两种, 推移机构有长、短框架和带移步横梁的多种, 护帮板长度从0.8m增加到2.2m。近几年来, 我国先后在开滦、西山、邢台、阳泉、铜川、皖北, 徐州、充州、义马、阜新、龙口、双鸭山等矿务局使用大采高综采采煤法, 使用效果大致可分为以下三类:

(1) 架型与煤层赋存条件相适应, 现场生产技术管理水平较高, 使用效果良好; (2) 架型参数与煤层赋存条件不适应, 现场生产技术管理不当, 使用效果不佳; (3) 实际采高低于4.0m或3.5m (视不同架型而定) , 未显示出大采高综采特点。

从全国使用情况看, 邢台矿务局东庞矿综采二队和义马矿务局耿村矿综采二队采用大采高综采 (采高分别为4.4m和4.3m) , 在1 9 8 8年首次突破煤炭年产量百万吨, 处于当时综采技术的较高水平。1 9 8 1年至1 9 9 4年, 全国累计已有3 5 9个年产超百万吨的综采队, 其中大采高综采队有1 9个, 占5.3%。目前, 年产逾百万吨的大采高综采队中, 最高年产已达1 7 0万t, 回采工效达87.9t/工。

摘要：笔者从本职工作出发, 利用业余时间研读了大量大采高综采液压支架相关文献, 希望能对我矿目前采用的支架有所改进, 论文没有局限于我矿的发展进程, 而是基于全球及全国的视野, 文章首先指出煤壁的稳定性对大采高支架性能的发挥具有很大影响, 而后简要介绍了国外支架的发展历程和发展现状, 最后详细分析了我国的发展历程和现状, 相信本文的研究对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：采煤,大采高综,高支架