CN112434903A - 适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，综采设备包括采煤机、刮板输送机和液压支架，综采设备配套方法包括获取三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的地质条件参数；根据综采工作面的地质条件参数确定合适的梁端距的尺寸范围和人行空间参数；根据梁端距的尺寸范围、人行空间参数和预设的目标参数形成采煤机、刮板输送机和液压支架之间的三机配套参数表；根据三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架。本发明根据三软两大倾斜中厚煤层的地质条件确定出合理的工作面综采设备配套尺寸，为三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套提供技术支撑，并使得配套设备的效能能得到最大发挥，提高煤炭资源开采效率。

Description

适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法

技术领域

本发明涉及煤矿自动化装备技术领域，尤其涉及一种适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法。

背景技术

近年来煤炭行业已经大面积推广机械化、自动化并逐步向无人化的智能控制开采方向发展，煤炭企业开始启动自动化控制开采系统，达到减人提效目标。受能源结构调整和经济减速影响，煤炭行业景气度持续下滑，减人提效将成为各大企业的工作重点。受钢铁煤炭行业化解过剩产能和脱困发展工作部际联席会议委托，中国煤炭工业协会结合行业发展实际，研究制定并由国家发改委公布了煤炭先进产能评价依据(暂行)。《煤炭先进产能评价依据(暂行)》明确要求未来的先进产能标准：(1)煤矿综合机械化采煤比例达到 100％；(2)井工煤矿综合单产不低于20万t/(个.月)；(3)井工煤矿原煤生产人员效率不低于13t/工或全员效率不低于2000t/年。

2018年以来，国内自动化、智能化采煤技术与应用出现蓬勃发展之势。国家重点研发计划项目《煤矿智能开采安全技术与装备研发》稳步推进；国家重点研发计划项目《千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范》立项并启动，两个相关示范工作面相继进入联合试运转并有序推进；中国中煤能源集团有限公司成立中煤装备研究院(下设智能化开采技术研究所)，中煤能源集团批复山西中煤华晋能源有限责任公司《综采放顶煤智能化开采技术研究》项目实施方案，开始进行智能综放技术研究；GB/T 51272-2018《煤炭工业智能化矿井设计标准》自9月1日起正式实施；智慧矿山物联网开放平台

研发成功并应用；贵州发耳、贵州众一、神东榆家梁等薄煤层智能综采工作面相继投入生产；神东8.8m超大采高综采工作面顺利投产，山东能源枣矿集团付村煤矿6m大采高综采工作面顺利投产，黄陵二号煤矿416大采高智能综采工作面顺利回采完毕并进入418大采高智能综采工作面；我国建成145个智能化采煤工作面；同煤集团同忻矿“千万吨级综放工作面关键技术及示范工程”项目荣获中国煤炭工业协会科学技术一等奖；神华宁煤矿区开始大规模应用LASC技术，兖矿集团北斗天地等单位开始研制基于国产惯性导航系统的综采工作面自动找直技术；煤炭信息研究院组建“煤矿机器人协同推进中心”，专门协调推进煤矿机器人研发应用，服务煤矿安全基础建设和煤矿本质安全水平提升；国家煤监局公布《煤矿机器人重点研发目录》，第一次明确提出，聚焦关键岗位、危险岗位，重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援五大类、38种煤矿机器人；随着国家对智能化开采的重视，各大煤矿集团进入智能化综采应用的高潮。

煤炭企业为了降低生产成本并实现矿井的高产高效和安全稳定，就必须提高综采工作面的自动化水平。实现综采工作面自动化控制，使一系列的采煤过程自动完成，可减少工作面作业人员数量，降低劳动强度，提供高质量工作环境，而更加完善稳定的自动化控制系统在保证高产高效的同时降低了生产成本，也是提高市场核心竞争力的重要手段，另一方面实现无人或少人化综采工作面也从根本上解决了煤矿事故频发人员伤亡的现状，提高了采煤过程的安全保障水平。

因此，发展自动化综采，是煤矿企业减人提效、保障安全的主要方向。目前，国内大倾角厚煤层开采方法主要有综放开采和大采高综采两种。大倾角综放开采放煤期间松软顶煤切顶线易前移，使支架顶梁上方顶煤漏空造成支架失稳，且顶煤采出率较低、混矸率高、开采效率低、工艺复杂等问题未能得到妥善解决；大采高综合开采效益不佳，主要因为国内“三软两大”(即顶板软、底板软、煤壁软、围岩膨胀率大、围岩位移量大)中厚煤层综采面的综采设备的配套技术还比较薄弱，目前还在不断的研究摸索中。因此，研究“三软两大”中厚煤层自动化综采装备，对于保障煤矿安全、减少用工、降低工人劳动强度，提高煤炭资源开采效率，促进煤炭资源可持续发展具有重要的现实和战略意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，特别创新地提出了一种适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，能够根据三软两大倾斜中厚煤层的地质条件确定出合理的工作面综采设备配套尺寸，使得配套设备能够满足三软两大倾斜中厚煤层的特殊地质条件的需求，为三软两大倾斜中厚煤层的综采的设备配套提供技术支撑，并使得配套设备的效能能得到最大发挥，有效保障煤矿安全、减少用工、降低工人劳动强度，提高煤炭资源开采效率。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，所述综采设备包括采煤机、刮板输送机和液压支架，所述综采设备配套方法如下：

获取三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的地质条件参数；

根据所述综采工作面的地质条件参数确定合适的梁端距的尺寸范围和人行空间参数；

根据所述梁端距的尺寸范围、人行空间参数和预设的目标参数形成采煤机、刮板输送机和液压支架之间的三机配套参数表；

根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架。

优选地，所述根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架包括：

根据所述三机配套参数表，结合三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的煤层条件，匹配在结构上采用多电机横向布置、机载变频式短壁采煤机，以缩短采煤工作面的空顶距离，减小割煤后煤壁暴露时间，更好地适应顶板不稳定或中等稳定的工作面。

优选地，所述根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架还包括：

根据所述三机配套参数表，结合三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的煤层条件，匹配技术参数符合条件的刮板输送机。

优选地，所述根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架还包括：

根据所述三机配套参数表，结合预设的三软两大倾斜中厚煤层液压支架主体参数设计规则，从支架的架型、高度、中心距、支护强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架。

优选地，所述从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架包括：

支架架型的确定：

根据综采工作面的顶板、底板的地质条件，对顶板、底板进行分类分级；

根据顶板、底板的分类分级结果，在预设的采煤工作面围岩可控程度分组表中匹配得到相应的可控程度的围岩类型；

根据匹配得到的可控程度的围岩类型，在预设的支护设备选型与围岩可控程度对应表中匹配得到相应的支架架型。

优选地，所述从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架还包括：

支架高度的确定：

根据综采工作面的所采断层的厚度和采区范围内地质条件的变化确定支架的高度范围。

优选地，所述从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架还包括：

支架中心距的确定：

根据综采工作面采高特点及配套刮板输送机的槽宽要求确定支架的中心距。

优选地，所述从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架还包括：

支架支护强度的确定：

根据综采工作面的直接顶对采空区的充填程度、老顶的来压强度和受开采影响的上覆岩层岩性和厚度，采用采高倍数容重法和岩梁位态方程法相结合的方法确定支架的支护强度范围。

由以上方案可知，本发明提供了一种适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，所述方法包括获取三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的地质条件参数；根据所述综采工作面的地质条件参数确定合适的梁端距的尺寸范围和人行空间参数；根据所述梁端距的尺寸范围、人行空间参数和预设的目标参数形成采煤机、刮板输送机和液压支架之间的三机配套参数表；根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架。本发明能够根据三软两大倾斜中厚煤层的地质条件确定出合理的工作面综采设备配套尺寸，使得配套设备能够满足三软两大倾斜中厚煤层的特殊地质条件的需求，为三软两大倾斜中厚煤层的综采的设备配套提供技术支撑，并使得配套设备的效能能得到最大发挥，有效保障煤矿安全、减少用工、降低工人劳动强度，提高煤炭资源开采效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种优选实施方式中适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法的流程示意图；

图2是本发明具体实施例中确定梁端距尺寸的示意图；

图3是本发明具体实施例中回采过程中工作面应力分布示意图；

图4是本发明具体实施例中回采工作面的顶板压力示意图；

图5是本发明具体实施例中支架与岩梁状态示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提供了一种适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，综采设备包括采煤机、刮板输送机和液压支架，综采设备配套方法可以包括如下步骤：

S1，获取三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的地质条件参数；

当需要对三软两大倾斜中厚煤层的开采进行综采设备的配套时，首先需要通过地质勘探设备、传感器等探测设备进行现场探测，以便获取到待开采煤矿的三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的地质条件参数。

S2，根据综采工作面的地质条件参数确定合适的梁端距的尺寸范围和人行空间参数；

获取到综采工作面的地质条件参数后，需要根据地质条件参数确定待开采的综采工作面的梁端距的尺寸范围和人行空间参数。梁端距的范围大小选择在综采设备的液压支架、刮板输送机以及采煤机三机配套中显得甚为重要，尺寸选择过大，易造成顶梁前端顶板冒落，过小易造成采煤机滚筒割顶梁，因此需要根据地质条件参数去确定待开采工作面的合适的梁端距尺寸范围。由于三软两大倾斜中厚煤层的煤层顶板、煤壁松软易垮落的特点，为了提供安全的人行通道及支架操作空间，并考虑煤层厚度变化较大，需要根据地质条件参数确定待开采的综采工作面的人行空间参数，即人行空间的个数和尺寸。

S3，根据梁端距的尺寸范围、人行空间参数和预设的目标参数形成采煤机、刮板输送机和液压支架之间的三机配套参数表；

然后，需要根据梁端距的尺寸范围、人行空间参数和预设的目标参数进行采煤机、刮板输送机和液压支架的三机设备配套，形成采煤机、刮板输送机和液压支架之间的三机配套参数表，以便根据三机配套参数表进行采煤机、刮板输送机和液压支架三机的设备配套。预设的目标参数主要包括，待开采的综采工作面对的生产能力、生产需要、综采设备性能要求、使用寿命要求、防倒防滑、防飞矸措施等关键因素。

S4，根据三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架。

最后，根据三机配套参数表中的各项参数匹配出符合参数条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架，完成综采设备配套。

在本实施方式中，所述步骤S4中，根据三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架具体包括：

根据三机配套参数表，结合三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的煤层条件，匹配在结构上采用多电机横向布置、机载变频式短壁采煤机，以缩短采煤工作面的空顶距离，减小割煤后煤壁暴露时间，更好地适应顶板不稳定或中等稳定的工作面。

在本实施方式中，根据三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架还包括：

根据三机配套参数表，结合三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的煤层条件，匹配技术参数符合条件的刮板输送机。

在本实施方式中，根据三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架还包括：

根据三机配套参数表，结合预设的三软两大倾斜中厚煤层液压支架主体参数设计规则，从支架的架型、高度、中心距、支护强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的液压支架。

在本实施方式中，从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的液压支架包括：

支架架型的确定：

根据综采工作面的顶板、底板的地质条件，对顶板、底板进行分类分级；

根据顶板、底板的分类分级结果，在预设的采煤工作面围岩可控程度分组表中匹配得到相应的可控程度的围岩类型；

根据匹配得到的可控程度的围岩类型，在预设的支护设备选型与围岩可控程度对应表中匹配得到相应的支架架型。

在本实施方式中，从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的液压支架还包括：

支架高度的确定：

根据综采工作面的所采断层的厚度和采区范围内地质条件的变化确定支架的高度范围。

在本实施方式中，从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的液压支架还包括：

支架中心距的确定：

根据综采工作面采高特点及配套刮板输送机的槽宽要求确定支架的中心距。

在本实施方式中，从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的液压支架还包括：

支架支护强度的确定：

根据综采工作面的直接顶对采空区的充填程度、老顶的来压强度和受开采影响的上覆岩层岩性和厚度，采用采高倍数容重法和岩梁位态方程法相结合的方法确定支架的支护强度范围。

综上所述，本发明提供了一种适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，首先获取三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的地质条件参数；然后根据综采工作面的地质条件参数确定合适的梁端距的尺寸范围和人行空间参数；接着根据梁端距的尺寸范围、人行空间参数和预设的目标参数形成采煤机、刮板输送机和液压支架之间的三机配套参数表；最后根据三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架。本发明能够根据三软两大倾斜中厚煤层的地质条件确定出合理的工作面综采设备配套尺寸，使得配套设备能够满足三软两大倾斜中厚煤层的特殊地质条件的需求，为三软两大倾斜中厚煤层的综采的设备配套提供技术支撑，并使得配套设备的效能能得到最大发挥，有效保障煤矿安全、减少用工、降低工人劳动强度，提高煤炭资源开采效率。

下面以南桐煤矿七采区4#煤层的综采工作面的设备配套为具体实例进一步说明本发明的功能。

南桐煤矿的矿井以主斜井、副竖井+暗副斜井联合方式开拓，采用区内后退式走向长壁采煤法，采煤工艺主要是综合机械化采煤，也有少量的工作面采用爆破落煤、风镐落煤。采区巷道采用机车运输，竖井、暗斜井采用提升绞车和皮带运输，采用对角分区式机械抽出通风方式。

为满足煤矿自动化装备改造，首先需要进行煤矿的综采工作面的综采设备的配套研究。

工作面设备几何关系配套是恰当处理液压支架、刮板输送机、采煤机等设备间相互连接关系、确定合理的配套尺寸，三机之间相互位置与配合关系应协调，才能保证设备运行时互不干扰，并使配套设备的效能得到最大发挥。

选用的液压支架、刮板输送机和采煤机之间的配套关系，要根据以下几个关键点进行考虑：

(1)梁端距

由于南桐矿井煤层为三软(煤壁、顶板、底板)煤层，梁端距的大小选择在三机配套中显得甚为重要。尺寸选择过大，易造成顶梁前端顶板冒落，过小易造成采煤机滚筒割顶梁。本煤层由于特殊的地质条件，维持正常的设备位置关系较为麻烦，为了避免因工作面底板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力导致滚筒截割顶梁的现象，梁端距控制在450mm左右。该尺寸是考虑支架推溜刮板机可能造成的5°倾斜从而确定的。如图2 为确定梁端距尺寸的示意图。

(2)人行空间

考虑南桐煤矿4#煤层顶板、煤壁易垮落的特点，为了提供安全的人行通道及支架操作空间，并考虑的煤层厚度变化较大，为此支架设置前后两个人行空间。

液压支架、刮板输送机和采煤机之间三机配套参数的确定：

三软两大煤层自动化综采三机配套充分考虑了生产能力、生产需要、性能、使用寿命、防倒防滑、防飞矸措施等因素并结合关键点形成了液压支架、刮板输送机和采煤机之间三机配套尺寸，三机配套参数表如表1所示：

表1三机配套参数表

根据三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架：

1、根据三机配套参数表匹配符合条件的采煤机

(1)采煤机的研究与确定

根据南桐煤矿煤层条件，确定选用MG250/630-WD型交流变频电牵引采煤机。该机型整机采用单截割电机驱动双截割部；机身含截割部宽度为1000mm，整机长度5928mm整体结构窄、短，缩短了采煤工作面的空顶距离，减小了割煤后煤壁暴露时间，对于顶板不稳定或中等稳定的工作面适应性好。

(2)采煤机结构

采用多电机横向布置，机载变频式短壁采煤机。总装机功率 630kW，在短壁综采、综放工作面使用。可根据工作面配套设备及巷道的结构，采煤机可在输送机头或机尾旋转进刀，也可斜切进刀。

整机由牵引部、截割部、电控箱、油缸、支撑腿和其他附属装置、零件、油管、水管、电缆等组成。

(3)MG250/630-WD采煤机技术参数如表2所示：

表2采煤机技术参数表

2、根据三机配套参数表匹配符合条件的刮板输送机

根据工作面条件及三机配套情况，研究了配套的SGZ-730/400 型刮板机刮板输送机，其参数如下表3所示：

表3刮板输送机技术参数表

3、根据三机配套参数表匹配符合条件的液压支架

三软两大中厚煤层液压支架主体参数设计遵循原则“液压支架架型满足采煤工艺要求、液压支架结构适应工作面围岩特征、支护强度与矿压显现特征相适应”的原则，从支架的架型、高度、中心距、强度、工作阻力来确定。

1.架型的确定

液压支架架型主要取决于煤层、顶板和底板条件。根据顶底板的地质条件，正确地进行顶底板分类分级，是液压支架选型设计的重要前提。依据采煤工作面围岩可控程度分组，该煤层围岩属易于控制的围岩组合类型(如下表4所示)。

表4采煤工作面围岩可控程度分组表

根据支护设备选型和围岩可控程度(如下表5所示)。

表5支护设备选型与围岩可控程度对应表

支顶掩护式支架与支撑掩护式液压支架便于控制本煤层围岩。对于不稳定顶板，应优先选用两柱掩护式液压支架；由于直接顶易冒落不平整，机道上方顶板不便于控制，因此应选择前端承载力大的架型。考虑到南桐煤矿顶板软、底板软、煤壁软“三软”条件，结合调高比需求大，选择两柱掩护式液压支架。支顶掩护式支架与支撑掩护式液压支架优缺点比较详见下表6所示。

表6两种可选架型优缺点对照表

2.支架高度的确定

支架高度的确定是十分重要的，支架高度应根据所采断层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大与最小值应为：

H₁≥h_m+S₁，H₂≤h_n-S₂

式中：H₁—支架最大高度；

H₂—支架最小高度；

h_m—煤层最大厚度(最大采高)；

h_n—煤层最小厚度(最小采高)；

S₁—考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，一般0.2m～0.3m；

S₂—顶板最大下沉量，中厚度煤层取为0.2m～0.3m；薄煤层取0.15m～0.25m；(薄煤层可适当减少)

按照南桐煤矿北翼4号煤层的情况，最小煤厚度约1.4m，最大煤厚度约3.5m，局部4.2m。考虑到伪顶易离层脱落，维护困难，结合上套综采ZY4000/15/37支架的使用情况和矿方意见，支架高度范围确定为1.8～4.2m。

3.支架中心距的确定

支架中心距决定支架的宽度并直接影响到支架的稳定性，因此支架中心距越大稳定性越好。但支架中心距还要与其配套设备相匹配，也受运输条件限制。目前支架中心距有1.25m、1.5m、1.75m、 2.05m四种规格，根据工作面采高特点及配套刮板输送机的槽宽要求，本支架中心距选取1.5m。

4.支护强度的确定

(1)工作面顶板运动状态及采煤过程中工作面应力分布

基本顶岩梁端部断裂后，在自重作用下绕着端部作回转下沉运动。支架对基本顶岩梁运动状态(即位态)的控制，实质在于提供阻止其回转下沉的反向弯矩，使得在所要求的位态上，支架所能提供的反向弯矩与岩梁作回转运动时的正向弯矩相平衡。回采过程中工作面应力分布如图3所示。

(2)支架支护强度的确定

确定液压支架的支护强度时，要综合考虑到直接顶对采空区的充填程度、老顶的来压强度和受开采影响的上覆岩层岩性和厚度。我国在液压支架合理工作阻力的确定方面，因不同的采场条件及对顶板控制的不同认识，而存在多种方法。本发明采用二种常见的方法计算并根据计算结果进行综合分析确定支护强度。

a、采高倍数容重法

按着支架与围岩的相互作用关系，可将工作面支架受力的情况简化为附图所示的形式，即支架受力分为两部分：一是直接顶的载荷Q₁，二是老顶通过直接顶作用于支架的载荷Q₂，如图4所示的回采工作面的顶板压力图。

现分述如下：

直接顶载荷：Q₁＝∑h·L₁·γ(kN/m)

式中：∑h—直接顶厚度；

L₁—悬顶距；

γ—体积力。

将悬顶距L₁可视为支架的控顶距L，则：Q₁＝∑h·L·γ

其载荷为：q₁＝∑h·γ(kPa)

老顶载荷Q₂：

以直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷，这在一般情况下还是可行的。例如：在多数矿井的测定中，以一般工作面为准，周期来压时形成的载荷不超过平时载荷的两倍。因此，可得出下述关系：

p＝q₁+q₂＝n·∑h·γ

式中：p--考虑直接顶及老顶来压时的支护强度；

n--老顶来压与平时压力强度的比值，称为增载系数，取1.5。

取

(M为采高，K为碎涨系数)，则：

根据矿井实际地质条件及开采方法，煤层预开采最大采高为4.0m；顶板碎涨系数按照1.2，顶板岩层平均密度取2500kg/m³，γ＝ρg＝25000kg/m3。

煤层支架的合理支护强度为：p＝1.5×4/(1.2-1)×25000×10^-6＝0.75MPa 此方法确定煤层的支架支护强度为0.75MPa。

b、岩梁位态方程法

基本顶岩梁裂断后，在运动过程中给支架的作用力，由支架对岩梁位态的控制要求决定，因此，岩梁运动“结束”时，支架可以在“给定变形”和“限定变形”两种状态下工作。如图5所示的支架与岩梁状态图。

现针对给定变形工作状态进行分析：

在给定变形工作方案内，支架应能够承受直接顶全部垮落之重量。我们用采场支架在“给定变形”条件下的基本顶无阻碍最终下沉量(Δh_A)给予衡量：

式中：KA—直接顶岩石碎胀系数；取1.2

Cj—基本顶岩石初次运动步距，根据上套综采经验，取为35m；

MZ—直接顶厚度，根据矿方地质资料及相邻煤矿资料，取12m；

RZ—直接顶岩石容重，取25kN/m2；

LK—控顶距，取4.5m；

Δh_A＝205mm

显然，由于基本顶无阻碍最终下沉量不大(小于采高的1/10)，支架采取给定变形工作状态能够有效控制顶板。因此，限定变形工作状态不再计算，支架应按照给定变形工作状态考虑给定变形工作状态计算。

支架在“给定变形”条件下工作时，控制的采场顶板下沉量(Δh_i) 将等于基本顶无阻碍最终下沉量(Δh_A)。

根据岩梁厚度和运动步距建立位态方程

式中；ME—基本顶厚度，由于考虑到基本顶厚度上方砂岩岩层有可能与基本顶的灰岩同时运动，此时与其基本顶同时运动的上方较软岩层厚度达到6米。取基本顶厚度为复合层厚度；

RE—基本顶岩石容重，取25kN/m2；

Cz—基本顶周期断裂步距,根据岩性及相邻矿矿压观测，取35m；

KT—岩石重量分配系数，取KT＝2；

LS—悬顶距，随采随冒，无悬顶；

此方法确定煤层的支架支护强度为0.8MPa

根据以上计算过程：得出的支护强度范围为0.75～0.8MPa，考虑支架支护强度留有一定富裕，选择支护强度不小于0.75MPa。

5.支架工作阻力

液压支架的工作阻力即支架的合力，是支架的主要的参数之一，它代表了支架的支撑能力，当支架的支护强度确定后，根据配套尺寸，确定支架的顶梁长度和梁端距，就可以算出支架的工作阻力。

支架的工作阻力：P＝LK×B×p/(η1×η2)×103＝4950KN/架

式中：B—架间距，B＝1.5m；

η1—支护效率；取η1＝0.98

η2—安全阀波动系数，取η2＝0.98

p—支架支护强度

LK—控顶距4.3m

根据计算结果，结合MT/T169-1996《液压支架型式与参数》中工作阻力推荐系列，并参考所选立柱型号，最终确定支架工作阻力为5000kN。

6.液压支架主要参数见表7

表7液压支架参数表

7.支架防倒防滑装置

(1)支架防倒

本支架采用平拉式防倒装置，主要由防倒千斤顶和圆环链组成。千斤顶的一端与排头支架第一架的顶梁相连，另一端与第二架顶梁相连，通过防倒千斤顶的拉力来实现防倒。其优点是采用圆环链软连接，适应性较好，不易损坏。除在排头设置防倒装置外，工作面中部支架每隔十架安设一组。

(2)支架防滑装置

工作面支架防滑的关键在下排头。最下面的一组支架不下滑，则上面的支架也不法下滑。

排头支架的防滑装置包括前调千斤顶、后调千斤顶和圆环链。

前调、后调千斤顶分别安设于第一架和第二架、第二架和第三架支架底座的前、后部，利用千斤顶的推拉来实现调架，防止底座前部下滑。

(3)输送机的防滑

由于输送机的防滑能力比较差，当工作面倾角较大时，输送机的防滑需要由支架来解决。本支架采用双作用的硬连接方式，一端与运输机挡板上的耳座相连，另一端与其上邻底座相连，靠千斤顶的闭锁力量阻止输送机下滑。当输送机下滑时，靠防滑千斤顶的拉力向上提位复位。

8.防飞矸综合防治措施

(1)软煤层全封闭护帮机构确定

支架护帮板采用三级结构，实现2.4m～2.8m～3.5m采高对煤壁的完全支护，割煤时支架护帮板收回作挡矸板使用。顶梁采用全长侧护板结构，实现全封闭不漏矸。

支架采用立柱前后双通道，两立柱中部设置可伸缩框架网状防护装置；为人员通行及操作提供安全的空间；支架后连杆设置挡矸装置形成全封闭的综合防飞矸装置。

(2)结构

①支架设置三级护帮装置，在2.4m～2.8m～3.5m采高时，护帮板实现对煤壁全面支护，并且第三级护帮板可插入底板，增强对煤壁的支护能力；护帮板收回后，二级三级护帮板可做防护板使用；

②支架顶梁采用全长侧护板结构，实现全封闭不漏矸；

③平衡千斤顶采用2根180mm缸径油缸，增大支架顶梁前部的支撑力，增强对顶板的维护，尽量控制压力超前引起煤壁受压。

本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，其特征在于，所述综采设备包括采煤机、刮板输送机和液压支架，所述综采设备配套方法如下：

获取三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的地质条件参数；

根据所述综采工作面的地质条件参数确定合适的梁端距的尺寸范围和人行空间参数；

根据所述梁端距的尺寸范围、人行空间参数和预设的目标参数形成采煤机、刮板输送机和液压支架之间的三机配套参数表；

根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架。

2.根据权利要求1所述的适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，其特征在于，所述根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架包括：

根据所述三机配套参数表，结合三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的煤层条件，匹配在结构上采用多电机横向布置、机载变频式短壁采煤机，以缩短采煤工作面的空顶距离，减小割煤后煤壁暴露时间，更好地适应顶板不稳定或中等稳定的工作面。

3.根据权利要求2所述的适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，其特征在于，所述根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架还包括：

根据所述三机配套参数表，结合三软两大倾斜中厚煤层的综采工作面的煤层条件，匹配技术参数符合条件的刮板输送机。

4.根据权利要求2所述的适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，其特征在于，所述根据所述三机配套参数表匹配符合条件的采煤机、刮板输送机以及液压支架还包括：

根据所述三机配套参数表，结合预设的三软两大倾斜中厚煤层液压支架主体参数设计规则，从支架的架型、高度、中心距、支护强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架。

5.根据权利要求4所述的适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，其特征在于，所述从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架包括：

支架架型的确定：

根据综采工作面的顶板、底板的地质条件，对顶板、底板进行分类分级；

根据顶板、底板的分类分级结果，在预设的采煤工作面围岩可控程度分组表中匹配得到相应的可控程度的围岩类型；

根据匹配得到的可控程度的围岩类型，在预设的支护设备选型与围岩可控程度对应表中匹配得到相应的支架架型。

6.根据权利要求5所述的适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，其特征在于，所述从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架还包括：

支架高度的确定：

根据综采工作面的所采断层的厚度和采区范围内地质条件的变化确定支架的高度范围。

7.根据权利要求6所述的适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，其特征在于，所述从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架还包括：

支架中心距的确定：

根据综采工作面采高特点及配套刮板输送机的槽宽要求确定支架的中心距。

8.根据权利要求7所述的适合三软两大倾斜中厚煤层的综采设备配套方法，其特征在于，所述从支架的架型、高度、中心距、强度以及工作阻力各方面来匹配确定符合条件的所述液压支架还包括：

支架支护强度的确定：

根据综采工作面的直接顶对采空区的充填程度、老顶的来压强度和受开采影响的上覆岩层岩性和厚度，采用采高倍数容重法和岩梁位态方程法相结合的方法确定支架的支护强度范围。

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