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摘 要：
根据李章河二矿2号煤层的地质条件，煤层赋存特征和顶底板岩性，通过计算确定出悬移支架支护强度和工作阻力，从而选用了一种适合的悬移支架，为该煤层的高产高效提供了重要的前提和保障。
关键词：
薄煤层；悬移支架；工作阻力；支护强度
中图分类号：
TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）19-0189-02
0 引言
我国煤炭资源储量多，煤层赋存条件比较复杂，煤炭资源分布地域辽阔，地质条件复杂多样。其中薄与中厚煤层资源丰富，分布广泛。悬移支架作为一种新型的支护设备，继承了综采支架的安全性好、整体性好、能够自移的优点，具有适应性好、体积小、重量轻、易操作、拆装及运输方便等优点。它在近年来得到了广泛的应用和快速的发展。悬移支架的可靠性直接影响着普采工作面的产量、效率和安全。因此，悬移支架选型设计是关系煤矿安全生产的关键。
1 矿井地质条件
李章河二矿位于黄陵县店头镇李章河沟内，地处陕北黄土高原之南缘，属黄土高原中等切割和侵蚀构造地形，区内西北高东南低，走向大致为东西方向。井田内共有4层煤，自上而下编号为0号、1号、2号和3号煤层。其中，0号、1号、3号煤层属不可采煤层，全井田内仅2号煤层可采，倾角1～3°，2号煤层可采厚度0.80m～1.49 m，平均1.4 m，厚度比较稳定，含夹矸1～4层，夹矸厚度一般0.10 m～0.40 m，煤层结构较复杂。该矿准备在2号煤层1121工作面装备一个普采工作面。区内地层为一平缓起伏的大单斜构造，次级构造以宽缓的短轴向背斜为主，苍斜向斜是本区主要构造，构造简单。2号煤层顶底板特征见表1。
2 悬移支架的确定
根据李章河二矿及其邻近矿井2号煤层的围岩分类和矿压显现规律进行分析，可知2号煤层的直接顶为中等稳定顶板，矿压显现不明显，工作面初次来压步距在20m左右，周期来压距在11m左右，基本顶初次来压步距不大，顶板运动不剧烈。再通过类比相近普采工作面煤层厚度、顶板岩性、顶板厚度等开采条件，拟确定该矿普采工作面选择悬移支架进行支护。
3 悬移支架的选型计算
3.1 支架高度的确定
支架高度要与煤层厚度相适应，即支架的高度要能满足煤层最薄和最厚时的需要。该井田内煤层厚度变化较大，可采厚度0.80 m～1.49m，一般厚度多在1.30m～1.49m，平均1.40m。
3.1.1 支架最大高度计算
支架最大高度计算如下：
Hzmax=Mmax+S1
式中：Hzmax—支架最大支护高度，m；
Mmax—工作面最大采高，取1.4m；
S1—伪顶冒落的最大厚度，取0.2m。
经计算，支架最大支护高度为1.6m。
3.1.2 支架最小高度计算
支架最小高度计算如下：
Hzmin=Mmin-S2-g-e
式中：Hzmax—支架最大支护高度，m；
Mmin—工作面最小采高，取1.0m；
S2—顶板下沉量，取0.1m；
g—顶梁上、底座下的浮矸厚度，取0.05m；
e—移架时支架回缩量，取0.1m。
经计算，支架最小支护高度为0.85m。
理论上选取支架最低高度为0.85m，即能满足本工作面的要求，但根据目前的采煤设备情况，一套设备很难兼顾全井田。1121工作面选用的MG132/315-WD型电牵引采煤机，截深0.8m，采高0.95m～1.70 m，故确定1121普采工作面支架的最低高度为1m，其支撑高度范围为1.0～1.6 m。
3.2 支护强度的计算
3.2.1 估算法计算
悬移支架单位面积上的工作阻力按照估算法计算如下：
P=9.8Mγncosα×103/（K-1）
式中：P—悬移支架单位面积上应有的工作阻力，Pa；
M—采高，取1.4 m；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m3；
K—岩石碎胀系数，取1.4；
n—考虑支架受力不均衡安全系数，取2.0；
α—煤层倾角，取2°。
经计算，悬移支架单位面积上的支护强度为0.171MPa。
3.2.2 按采高公式计算
液压支架单位面积上的工作阻力按采高公式计算如下：
P=（4～8）Mγcosα×9.8×103
式中：P—悬移支架单位面积上应有的工作阻力，Pa；
M—采高，取1.4 m；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m3；
α—煤层倾角，取2°。
经计算，悬移支架单位面积上的支护强度为0.137～0.274MPa。
支架支护强度应不小于上述两式计算结果的最大值，取0.274MPa。
4 悬移支架的确定
4.1 悬移支架初步确定
根据支护强度计算，初步确定采用ZH整体顶梁悬移支架，具体技术参数见表2。
4.2 悬移支架的选型验算
4.2.1 悬移支架支护阻力验算
根据容重计算公式计算悬移支架支护阻力：
P=（n+1）×9.8Sγnhcosα
式中：P—工作面顶板支护需要支架的工作阻力，kN；
M—采高，取1.4 m；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m3； S—支架顶梁支护的顶板面积，m2；
h—冒落带岩石的高度，m；
h=M/（K-1），K为岩石碎胀系数，取1.4；
n—动载系数1.5～2.0，周期来压明显时取大值，周期来压不明显时取小值。根据1121工作面顶板的实际情况，取1.8；
α—煤层倾角，取2°。
经过计算，得支架的工作阻力P为542kN。ZH整体顶梁悬移支架工作阻力2500kN大于542kN，因此，该型号的悬移支架能够满足本工作面工作阻力的要求。
4.2.2 悬移支架支护强度验算
经上述计算，悬移支架的支护强度应不小于0.274MPa。ZH整体顶梁悬移支架支护强度为0.69MPa大于0.274MPa，所以，该型号的悬移支架能够满足1121工作面支护强度要求。
4.3 悬移支架使用效果分析
（1）支架支护能力可满足顶板管理的需求。2号煤层的直接顶为中等稳定顶板，矿压显现不明显，基本顶初次来压步距不大，顶板运动不剧烈。根据悬移支架支护强度验算，ZH整体顶梁悬移支架工作阻力和支护强度都能满足采煤工作面支护需求，且根据该矿区其它矿井使用悬移支架的情况来看，均取得了良好的支护效果。
（2）支架适应性强。该工作面煤层厚度分布不均，该支架最低支撑高度1.0m，最高支撑高度1.6m，可进行薄煤层及中厚煤层的开采，能很好地回收煤炭资源。
（3）支架护顶严实，支架总重量较轻，结构简单，易拆卸、安装、运输，使用、搬迁接续等非常灵活、简便、高效。
（4）生产投资小，见效快。在生产条件基本相同的情况下，整体顶梁悬移支架投资成本仅为轻型综采支架投资成本的1/4。该矿工作面推进长仅600m左右，搬家次数较为频繁。由于悬移支架可以解体，并且解体后最大部件重量也不超过一吨，因此在拆除支架时也比较方便，能够较大的节省采煤工作面搬家的时间，撤除期短，见效快。
5 结论
悬移支架在我国经过一段时间的适用和发展，对煤矿的开采起到了积极的作用，特别在薄及中厚煤层的开采中体现了其巨大优势，克服了单体液压支柱安全性较差、整体性差和移架不方便等缺点。综合考虑李章河二矿煤层赋存条件、煤层特征和投资等问题，根据悬移支架选型原则和理论计算选用ZH整体顶梁悬移支架，其工作阻力2500kN，适用支撑高度范围1.0～1.6m，适用倾角小于30°的煤层，完全能够满足矿山生产需求，本次支架选型设计经验对于此类地质条件的矿井悬移支架选型具有良好的借鉴意义。
参考文献
[1]温庆华.薄煤层开采现状及发展趋势[J].煤炭工程，2009，（03）.
[2]梁洪光.薄煤层综采技术发展现状[J].煤矿开采，2009，14（1）：9-12.
[3]李军胜.浅析整体顶梁组合悬移液压支架的应用[J].陕西煤炭，2010，（03）.
根据李章河二矿2号煤层的地质条件，煤层赋存特征和顶底板岩性，通过计算确定出悬移支架支护强度和工作阻力，从而选用了一种适合的悬移支架，为该煤层的高产高效提供了重要的前提和保障。
关键词：
薄煤层；悬移支架；工作阻力；支护强度
中图分类号：
TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）19-0189-02
0 引言
我国煤炭资源储量多，煤层赋存条件比较复杂，煤炭资源分布地域辽阔，地质条件复杂多样。其中薄与中厚煤层资源丰富，分布广泛。悬移支架作为一种新型的支护设备，继承了综采支架的安全性好、整体性好、能够自移的优点，具有适应性好、体积小、重量轻、易操作、拆装及运输方便等优点。它在近年来得到了广泛的应用和快速的发展。悬移支架的可靠性直接影响着普采工作面的产量、效率和安全。因此，悬移支架选型设计是关系煤矿安全生产的关键。
1 矿井地质条件
李章河二矿位于黄陵县店头镇李章河沟内，地处陕北黄土高原之南缘，属黄土高原中等切割和侵蚀构造地形，区内西北高东南低，走向大致为东西方向。井田内共有4层煤，自上而下编号为0号、1号、2号和3号煤层。其中，0号、1号、3号煤层属不可采煤层，全井田内仅2号煤层可采，倾角1～3°，2号煤层可采厚度0.80m～1.49 m，平均1.4 m，厚度比较稳定，含夹矸1～4层，夹矸厚度一般0.10 m～0.40 m，煤层结构较复杂。该矿准备在2号煤层1121工作面装备一个普采工作面。区内地层为一平缓起伏的大单斜构造，次级构造以宽缓的短轴向背斜为主，苍斜向斜是本区主要构造，构造简单。2号煤层顶底板特征见表1。
2 悬移支架的确定
根据李章河二矿及其邻近矿井2号煤层的围岩分类和矿压显现规律进行分析，可知2号煤层的直接顶为中等稳定顶板，矿压显现不明显，工作面初次来压步距在20m左右，周期来压距在11m左右，基本顶初次来压步距不大，顶板运动不剧烈。再通过类比相近普采工作面煤层厚度、顶板岩性、顶板厚度等开采条件，拟确定该矿普采工作面选择悬移支架进行支护。
3 悬移支架的选型计算
3.1 支架高度的确定
支架高度要与煤层厚度相适应，即支架的高度要能满足煤层最薄和最厚时的需要。该井田内煤层厚度变化较大，可采厚度0.80 m～1.49m，一般厚度多在1.30m～1.49m，平均1.40m。
3.1.1 支架最大高度计算
支架最大高度计算如下：
Hzmax=Mmax+S1
式中：Hzmax—支架最大支护高度，m；
Mmax—工作面最大采高，取1.4m；
S1—伪顶冒落的最大厚度，取0.2m。
经计算，支架最大支护高度为1.6m。
3.1.2 支架最小高度计算
支架最小高度计算如下：
Hzmin=Mmin-S2-g-e
式中：Hzmax—支架最大支护高度，m；
Mmin—工作面最小采高，取1.0m；
S2—顶板下沉量，取0.1m；
g—顶梁上、底座下的浮矸厚度，取0.05m；
e—移架时支架回缩量，取0.1m。
经计算，支架最小支护高度为0.85m。
理论上选取支架最低高度为0.85m，即能满足本工作面的要求，但根据目前的采煤设备情况，一套设备很难兼顾全井田。1121工作面选用的MG132/315-WD型电牵引采煤机，截深0.8m，采高0.95m～1.70 m，故确定1121普采工作面支架的最低高度为1m，其支撑高度范围为1.0～1.6 m。
3.2 支护强度的计算
3.2.1 估算法计算
悬移支架单位面积上的工作阻力按照估算法计算如下：
P=9.8Mγncosα×103/（K-1）
式中：P—悬移支架单位面积上应有的工作阻力，Pa；
M—采高，取1.4 m；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m3；
K—岩石碎胀系数，取1.4；
n—考虑支架受力不均衡安全系数，取2.0；
α—煤层倾角，取2°。
经计算，悬移支架单位面积上的支护强度为0.171MPa。
3.2.2 按采高公式计算
液压支架单位面积上的工作阻力按采高公式计算如下：
P=（4～8）Mγcosα×9.8×103
式中：P—悬移支架单位面积上应有的工作阻力，Pa；
M—采高，取1.4 m；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m3；
α—煤层倾角，取2°。
经计算，悬移支架单位面积上的支护强度为0.137～0.274MPa。
支架支护强度应不小于上述两式计算结果的最大值，取0.274MPa。
4 悬移支架的确定
4.1 悬移支架初步确定
根据支护强度计算，初步确定采用ZH整体顶梁悬移支架，具体技术参数见表2。
4.2 悬移支架的选型验算
4.2.1 悬移支架支护阻力验算
根据容重计算公式计算悬移支架支护阻力：
P=（n+1）×9.8Sγnhcosα
式中：P—工作面顶板支护需要支架的工作阻力，kN；
M—采高，取1.4 m；
γ—顶板岩石的密度，取2.5t/m3； S—支架顶梁支护的顶板面积，m2；
h—冒落带岩石的高度，m；
h=M/（K-1），K为岩石碎胀系数，取1.4；
n—动载系数1.5～2.0，周期来压明显时取大值，周期来压不明显时取小值。根据1121工作面顶板的实际情况，取1.8；
α—煤层倾角，取2°。
经过计算，得支架的工作阻力P为542kN。ZH整体顶梁悬移支架工作阻力2500kN大于542kN，因此，该型号的悬移支架能够满足本工作面工作阻力的要求。
4.2.2 悬移支架支护强度验算
经上述计算，悬移支架的支护强度应不小于0.274MPa。ZH整体顶梁悬移支架支护强度为0.69MPa大于0.274MPa，所以，该型号的悬移支架能够满足1121工作面支护强度要求。
4.3 悬移支架使用效果分析
（1）支架支护能力可满足顶板管理的需求。2号煤层的直接顶为中等稳定顶板，矿压显现不明显，基本顶初次来压步距不大，顶板运动不剧烈。根据悬移支架支护强度验算，ZH整体顶梁悬移支架工作阻力和支护强度都能满足采煤工作面支护需求，且根据该矿区其它矿井使用悬移支架的情况来看，均取得了良好的支护效果。
（2）支架适应性强。该工作面煤层厚度分布不均，该支架最低支撑高度1.0m，最高支撑高度1.6m，可进行薄煤层及中厚煤层的开采，能很好地回收煤炭资源。
（3）支架护顶严实，支架总重量较轻，结构简单，易拆卸、安装、运输，使用、搬迁接续等非常灵活、简便、高效。
（4）生产投资小，见效快。在生产条件基本相同的情况下，整体顶梁悬移支架投资成本仅为轻型综采支架投资成本的1/4。该矿工作面推进长仅600m左右，搬家次数较为频繁。由于悬移支架可以解体，并且解体后最大部件重量也不超过一吨，因此在拆除支架时也比较方便，能够较大的节省采煤工作面搬家的时间，撤除期短，见效快。
5 结论
悬移支架在我国经过一段时间的适用和发展，对煤矿的开采起到了积极的作用，特别在薄及中厚煤层的开采中体现了其巨大优势，克服了单体液压支柱安全性较差、整体性差和移架不方便等缺点。综合考虑李章河二矿煤层赋存条件、煤层特征和投资等问题，根据悬移支架选型原则和理论计算选用ZH整体顶梁悬移支架，其工作阻力2500kN，适用支撑高度范围1.0～1.6m，适用倾角小于30°的煤层，完全能够满足矿山生产需求，本次支架选型设计经验对于此类地质条件的矿井悬移支架选型具有良好的借鉴意义。
参考文献
[1]温庆华.薄煤层开采现状及发展趋势[J].煤炭工程，2009，（03）.
[2]梁洪光.薄煤层综采技术发展现状[J].煤矿开采，2009，14（1）：9-12.
[3]李军胜.浅析整体顶梁组合悬移液压支架的应用[J].陕西煤炭，2010，（03）.