摘要：对国内外厚煤层开采综合机械化工作面液压支架使用的情况及同煤集团公司已经投产的塔山煤矿和即将投产的同忻煤矿两座千万吨级矿井液压支架选型、使用过程进行了认真调查研究，总结其成功的经验和可借鉴的教训，提出大同煤田厚煤层开采综合工作面液压支架选型的意见。
关键词：特厚煤层；开采；选型；设计
大同煤矿集团经过2000年7月改制为国有独资公司，2003年12月重组为包含晋北主要煤炭生产和销售企业的大型煤炭集团及2005年底实行债转股的三次改制重组，已初步构建成跨地区、跨行业、跨所有制的亿吨级煤炭集团，目前产销规模国内排名第二、国际排名第六。
为了实现“做强同煤、造福员工”的奋斗目标和“心齐人和、重建扩源、创新提升、共同富裕”的发展方略，改善现有矿井开采难度大、面临大接替的现状，同煤集团在“十一五”期间将新建6个千万吨级矿井，正在筹建的马道头矿井就是其中一座年产千万吨级的矿井。
纵观这几座矿井有一个显著的共同特点，就是可采储量大，煤层厚度大可达10 m-20 m，所以作为综合机械化、高产高效工作面的主要设备之一的液压支架的选型，便成为矿井能否安全、高效生产的一个重要课题。
1 液压支架架型选择
厚煤层开采的液压支架，大体可分为以下3类：①一次采全高液压支架，俗称大采高液压支架；②顶煤冒落法液压支架。俗称放顶煤液压支架；③分层开采的液压支架，俗称铺网液压支架。
根据大同煤田新建的几座矿井的实际情况煤层厚度在10m～20m之间，若采用一次采全高技术，对采煤机、液压支架研制难度大，且运输、安装及支架管理方面也存在很大困难；若采用分层开采技术，下分层开采金属网假顶的管理将成为影响安全生产的一道难题，一旦发生撕网现象，势必造成事故。而采用顶煤冒落法开采已成为近年来厚煤层开采的一个发展趋势，在国际国内得到了迅速发展和广泛普及。
同时，放顶煤液压支架的设计先后经历了高位、中位、低位的3个发展阶段，其中，采用顶梁开“天窗”的高位放顶煤液压支架对复杂煤层的适应性差，并且在结构上存在：①放煤口位置距离煤壁较近，对煤层冒放性要求较高，一方面要求粱端距顶煤完整，不冒顶、不片帮，另一方面要求顶粱后端放煤口处顶煤破碎、能顺利放出；②放煤时，正常人行通道基本上被切断，减少了工作面安全出口等不可克服的缺陷，已很少使用。采用掩护粱开“天窗”的中位放顶煤液压支架，虽然克服了高位放顶煤支架的一些缺点，但是由于受放顶煤口尺寸的限制，架与架之间有三角煤放不下来，形成“脊背损失”，且放煤口易被大块煤堵塞，致使放煤效率低；同时掩护梁不能摆动，二次破煤能力差，极易发生运输机卡死现象。
采用尾粱插板式结构的低位放顶煤液压支架具有以下特点：①尾梁可摆动，且摆动角度大，造成放煤空间大，有利于顶煤的冒落，放煤效率高；②煤壁到放煤处距离长，且经过顶板来压和顶梁的反复支撑，使顶煤破碎较充分、极易放煤；③适应性强。在急倾斜煤层和缓倾斜中硬煤层，软煤层都取得了成功。故笔者认为，大同煤田新建矿的液压支架架型以低位放顶煤液支架为宜。
2 液压支架主要参数的确定
2.1 采、放比的确定
考虑到大同煤田属于坚硬顶板、坚硬煤层的“两硬”地质条件，煤壁较稳定，顶板易管理，且为了使前后部运输机运量尽可能协调平衡，顶煤放煤效率尽可能高，以实现高产高效生产，而割煤速度通常大于放顶煤速度，故采放比应以1：1.5～1：2为宜，所以支架的机采高度一般选取4.5 m～5 m。
2.2 工作阻力及初撑力的确定
由于大同煤田属于坚硬顶板，顶板不易冒落，直接顶或老顶悬顶时间长，切顶线在顶梁后方或煤壁里，如果工作阻力较低。可能造成支架向煤壁移动，使整个工作面垮落，所以应选用较大工作阻力和较大支护强度。塔山煤矿10 000 kN、13 000 kN两套液压支架短时间损坏，改用15 000 kN支架便是有力的例证。
同时，考虑到大同煤田顶煤比较硬，为了有利于顶煤破碎、提高放煤效率，初撑力应约等于工作阻力的80％～85％为宜。
2.3 支架中心距和支架宽度的确定
厚煤层开采液压支架最大高度一般大于3.5 m，稳定性较差，所以为了防止支架倾斜应选用宽系列中心距，即L=1.75。和较大宽度，顶梁宽度应大于1.65 m，活动侧护板伸出时，支架宽度应达到1.85m～1.88m为宜。
2.4 梁端距确定
大采高高产高效工作面一般选用采煤机较大、截割滚筒直径大于2 m，为了防止由于工作面底板不平和采煤机垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，造成割顶梁现象，故梁端距应选用较大值350mm～480nm。
3.1 顶粱型式的确定
放顶煤工作面，顶梁支护表面为顶煤，其稳定性远远低于岩层顶板，所以为了确保支护性能，应选用切顶性能好的整体顶梁，以保证支架对顶煤的平衡能力，提高支架支护覆盖率。同时。为了便于割煤后可以直接支护暴露部分，防止片帮煤的产生，顶梁应配置内伸式伸缩梁结构，伸缩量一般等于采煤机截深。其次，为了适应左右工作面的开采，顶梁选用直角式双侧可调侧护板结构。
3.2 掩护梁型式的确定
由于大同煤田属于坚硬顶板，顶板悬顶时间长，而且大采高支架高度较大、稳定性较差，故应尽可能在满足支架工作需要的情况下，缩短掩护梁长度，增大掩护梁与后连杆夹角，以提高掩护梁抗扭能力。
3.3 底座型式的选择
为了满足放顶煤和大采高的要求，底座应采用刚性分体底座。即采用中分式底板，使推移装置直接落在底板上，保证浮煤、碎矸随支架移架时从后端推到采空区，同时应尽可能加大底座长度和宽度，以提高支架的稳定性。一般底座宽度应为中心距减100 mm～150 mm。即在1 600 mm～1 650 mm，长度取移架步距的4倍，即3 200mm左右。
3.4 推移装置型式的选择
由于厚煤层工作面，液压支架长度大、重量大，前推移装置选用长推移杆倒拉式推移装置，具有千斤顶大腔力拉架，小腔力推溜及拉架力大的特点，且拉架时，推移千斤顶作用力对底座前端产生垂直向上的分力，可将底座前端上抬，有助于顺利移架。另外，为了解决长推杆拆装更换不方便的问题，可采用铰接式长推移杆，即前后两端箱式结构件通过十字连接头连接。见图1。
对于后部运输机推移装置，由于支架采放比为1：1.5～1：2，一般停放工作面后部运输机运量大于前部运输机，且不受采煤机配套限制，与支架的连接可采取更加灵活的连接方式，所以为了克服由于输送机的自重大，可能产生的推移装置或推移千斤顶活塞杆弯曲变形，导致移溜困难，宜用柔性链条连接代替刚性连杆连接。见图2。
3.5 护帮装置的选择
由于厚煤层开采，片帮冒顶的危险增大，所以必须加设护帮装置，而且为了保证护帮面积满足要求，应选用二级护帮装置。当煤壁发生片帮以后，且伸缩梁伸出仍不能及时支护时，可将一级护帮打成水平，作为伸缩梁的延伸段，及时支护前方裸露的顶煤：二级护帮放下，与一级护帮形成90。夹角(见图3)，护住已发生片帮的煤壁，防止片帮进一步扩展而引起冒顶。
4 结束语
厚煤层开采若干年后将成为我国煤炭系统不断探索研究的一道课题，一井一面的高度集中化生产已成为今后煤矿发展的主要趋势。液压支架的发展现状已经形成了一个完整的体系，结构设计将向自重轻型化、结构标准化、材质高强化、阀类高压化、操作自动化的方向发展。