薄煤層綜采工作面液壓支架監測與管理

摘要：文章根據薄煤層綜采工作面液壓支架的現場管理經驗，分析了液壓支架歪斜、倒架、擠架等失穩的因素，并提出了控制液壓支架失穩等的措施，結合支架壓力紅外監測系統，對薄煤層工作面液壓支架初撐力、工作阻力進行了監測，得出了該工作面初次來壓和周期來壓步距，為薄煤層液壓支架的管理提供了指導經驗。

關鍵詞：薄煤層；液壓支架；壓力監測；周期來壓

中圖分類號：TD355.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006—8937（2012）23—0165—02

綜采液壓支架是綜采工作面的大型裝備，數量多且管理困難，在工作面推進過程中經常遇到歪斜、倒架、擠架等失穩現象，造成整個工作面條件惡化，使得工作面推進困難，不得不投入大量時間和精力去調整，如果調整不當，將嚴重影響工作面安全生產和高產、高效。薄煤層綜采受工作面布置、煤層厚度、斷層等條件以及管理因素的影響，支架支護性能低，且隨著工作面設計走向長度的不斷增加，液壓支架初撐力、工作阻力往往達不到要求，進一步增加了支架的管理難度。本文分析了薄煤層綜采工作面液壓支架管理遇到的常見難題，結合現場管理經驗，研究了液壓支架倒架、擠架、調斜產生的原因，并提出了提高液壓支架管理水平的具體措施。此外，采用紅外監測系統對液壓支架初撐力、工作阻力進行了監測，通過數據分析，初步確定了工作面周期來壓步距，為控制支架支護性能的穩定提供了理論指導。

1 工程概況

該礦井薄煤層可采區域含煤面積約占全井田的71%，儲量為58.03 Mt，約占礦井總儲量的15%，煤層位于山西組中、下部，平均厚度1.37 m，不穩定系數為5.09，屬不穩定型煤層，且該煤層為典型的“三軟”煤層，頂板松軟、煤壁松軟、底板松軟，煤壁對頂板支承力差，工作面易發生片幫、漏冒，工作面支護較難管理。目前該礦井已回采完3個薄煤層工作面，正在回采的31118工作面走向長度944 m，傾斜長度195 m，平均煤厚1.56 m，最小煤厚0.10 m，直接頂為砂質泥巖，老頂為香炭砂巖，平均總厚度為13 m，直接底為砂質泥巖，老底為大占砂巖，平均總厚度為18.6 m，煤層整體呈單斜構造，局部底板起伏較大。工作面采用走向長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板，工作面支護采用ZY3400/12/23型掩護式液壓支架，共計129架，端頭支護采用整體頂梁液壓支架，工作面液壓系統由乳化液泵站提供動力，型號為：BRW315/31.5，額定壓力31.5 MPa。

液壓支架主要技術參數為：支護展開高度2 300 mm，收縮高度1 200 mm，額定工作阻力（P=40.4 MPa）3 400 kN，初撐力（P=25 MPa）2 616 kN，平均支護強度0.4～0.48 MPa，對底板前端平均比壓0.97～1.63 MPa，支架中心距1 500 mm，適應工作面的傾角：≤15°，支架寬度最大（伸出側護板）1 600 mm，最小（收回側護板）1 430 mm，移架步距600 mm，操作方式為鄰架手動操作，及時支護。

2 液壓支架失穩的原因及對策

2.1 引起支架失穩的因素

根據現有的研究結果和已回采的薄煤層工作面經驗，液壓支架支護的穩定性主要受以下幾方面的影響：

①工作面傾角影響。由于工作面均采用走向偽傾斜布置，即運輸巷（下付巷）標高低于回風巷（上付巷）標高，受工作面傾角的影響，支架在拉移過程中必然受重力的作用，存在自然下滑的趨勢。

②工作面刮板輸送機影響。液壓支架與工作面刮板輸送機通過推溜油缸、推桿、十字頭等連接，互為基礎前后推拉，在工作面推進過程中，一但輸送機出現了上竄下滑的趨勢，勢必帶動支架發生歪斜，相互擠壓，甚至傾倒。

③頂板垮落的影響。由于采用全部垮落法管理采空區，工作面推進后，支架尾部受到的頂板壓力相對于支架前段減少，移架時極易造成支架尾部下擺，底座前段則相對上擺，同時，采空區跨落的煤巖在重力作用下向采空區下段滾落，將加大對支架尾部向下的沖擊。

④移架操作影響。工作面采用跟機移架的方式，在拉移過程中易受人為因素的影響，如伸縮梁未及時伸出而引起煤墻片幫、架前冒頂，拉架后支架超高、過低引起架間漏冒，使得支架不再接頂、架間受力不均，這些因素都將加劇支架間的擠、咬甚至倒架、死架的發生。

⑤其他因素影響。工作面液壓系統特別是長距離供液壓力損耗、乳化液濃度不合格、管路密封及閥組損壞引起的漏液竄液、操作時供液不足等，使得支架初撐力往往達不到要求，導致支架支護性能及穩定性降低。此外，工作面在回采過程中遇到斷層、鉆場、老巷等工程地質條件變化時，尤其是遇到直接頂初次跨落、老頂初次來壓和周期來壓時，支架也極易失穩甚至被壓死。

2.2 處理液壓支架失穩的措施

該礦井薄煤層工作面傾角在1°～16°之間，僅局部有較大起伏，由于支架本身的穩定性，其下滑力不足以對其造成較大的傾倒，因此，現場采用的措施主要有以下幾個方面：

①控制工作面偽斜量。工作面偽斜量控制不當引起刮板輸送機上竄下滑的趨勢時，應立即采取措施調整，可通過機尾、機頭加刀來增加或減少工作面偽斜量，控制住輸送機的竄動，同時利用側護板、單體柱及抬底座油缸及時調整支架方向。

②加強移架等現場管理。支架工必須嚴格執行帶壓擦頂移架，采煤機過后及時伸出伸縮梁，移架后持續注液保證支架初撐力合格；采煤機司機、推溜工應嚴格按照正規循環方式作業，保證工作面煤壁和運輸機平直，改善工作面支護條件，減少支架尾部受到采空區煤巖的沖擊作用。

③加強液壓系統管理。必須保證乳化液配比濃度合格，檢修工要及時更換損壞的管路、接頭、密封等元件，及時處理油缸、閥組等支架故障，架間的浮煤必須清理干凈，避免液壓管路長期暴露在惡劣的環境下，從而減少支架拉移時底座的受力不均。

3 液壓支架監測分析

3.1 壓力監測系統

采用KBJ紅外礦壓監測系統對薄煤層工作面液壓支架進行了同步監測，該系統由壓力監測記錄儀、紅外傳輸數據采集儀、紅外通訊適配器、數據處理軟件構成，壓力監測記錄儀有兩個壓力測孔，通過液壓管路與支架立柱相連，每個采面安設有10～14塊壓力監測記錄分機，每隔5 min自動記錄1次支架壓力數據，通過數據采集儀收集監測分機的數據，傳至地面上通過紅外通訊適配器將數據傳送到計算機處理，如圖1所示。

3.2 支架受力及工作面礦壓規律分析

在31118薄煤層綜采工作面回采過程中，從工作面端頭液壓支架起每隔10架安裝一臺壓力監測記錄儀，共布置14臺，自2012年2月5日～2012年6月1日，監測得到了支架的初撐力和末阻力數據，部分初撐力數據如圖2所示，根據工作面日推進度，對監測的支架末阻力數據通過時間加權處理，得到了隨工作面推進的液壓支架整體末阻力變化曲線，如圖3所示。

由圖可知，實測支架平均初撐力12.11 MPa，最大初撐力為52.42 MPa，初撐力不足10 MPa的約占30%。為降低液壓系統的負荷便于維護，液壓泵站壓力一般為

20 MPa，因此，支架初撐力多未達到額定值80%的標準，支架初撐力普遍較低，僅在來壓期間較高。支架末阻力加權平均值為20.57 MPa，最大值為54.04 MPa，支架安全閥開啟值設置為40 MPa，開啟率低，說明工作面來壓時支架工作阻力總體達到要求。

根據現場觀測和圖2可知，該薄煤層工作面初次來壓步距為8 m，基本頂來壓步距25 m，周期來壓步距平均為18 m，工作面來壓期間，支架工作阻力突然增大，工作面容易發生片幫、冒頂事故，支架容易被壓死。因此，當工作面推進到周期來壓步距的倍數時，應加強工作面頂板管理，必須保證支架有足夠的初撐力，使支架處于良好的工作狀態。

4 結 語

通過對薄煤層綜采工作面液壓支架失穩原因的分析，在已回采的薄煤層工作面和31118工作面中，通過控制工作面偽斜量，降低了運輸機對支架失穩的影響，采取加強移架、液壓系統維護等現場管理的措施，能夠較好地改善支架初撐力不足、穩定性差等問題，根據液壓支架壓力監測的分析，在工作面推進到18 m的倍數時，支架受力將大幅增加，此時應加強工作面頂板管理，保證充分發揮液壓支架的支護性能。

參考文獻：

[1] 王文星，張旭，杜春玲，等.基于薄煤層綜采工作面支架控制單元的研究[J].中國礦業，2008，（6）.