分析工作面支架礦壓顯現特征提高支架工作阻力

【摘 要】本文針對3207工作面支架礦壓顯現特征及工況特征研究，調取支架PM31的壓力數據，利用Excel軟件成圖表后進行分析支架壓力曲線、循環末阻力及初撐力，來壓強度等，觀測支架的支護狀況以及圍巖的控制，來壓時頂板漏矸及煤壁片幫，支架受力情況等，合理提高支架工作阻力、初撐力滿足工作面頂板支護要求。

【關鍵詞】礦壓顯現及工況特征；支架壓力曲線；支架工作阻力；初撐力；工作面頂板支護

3207工作面位于山西霍爾辛赫礦井二盤區，屬于3號煤層，賦存與二疊系下統山西組下部，煤層厚5.3m～5.7m，平均厚5.5m。3號煤層含泥巖、炭質泥巖夾矸0～2層，一般1層，距底板約0.78m左右較為穩定（平均厚度0.30m）。煤層頂板為泥巖、砂質泥巖、粉砂巖，局部為砂巖。底板為黑色泥巖、砂質泥巖，深灰色粉砂巖。該煤層全井田可采，結構簡單，厚度變化不大，煤層平均傾角7.5°，屬穩定型煤層。煤的普氏硬度系數f=0.37-1，屬于較軟煤層。礦井瓦斯等級為高瓦斯礦井。工作面采用走向長臂后退式采煤法，自然垮落法管理頂板；回采工藝為6.0m大采高支架綜采一次采全高，本工作面于2012年8月底試生產，是該礦井第一個大采高工作面。3207工作面三級配套為ZY12000/28/60DD大采高支架，中部架120架，ZYG12000/28/

60D過渡支架3架，ZYT12000/28/60DD端頭支架6架；采用MG750/1815-GWD型采煤機落煤及SGZ-1000/2×855型刮板輸送機，轉載機為SZZ-1200/375型、破碎機為PLM3500型，工作面順槽膠帶運輸機為DSJ-120/180/3×400型，實現了落煤、破煤、運煤的機械化生產。工作面采高一般為5.5m，采用端頭斜切進刀，往返一次進兩刀，每刀進度865mm，勞動組織方式為“兩采一準”，日推進4.3m～5.2m。3207工作面在該工藝實施過程中，由于煤軟頂板碎等開采條件，造成工作面極易發生大面積片幫和端面冒頂，多次嚴重影響工作面的安全生產，特別是2013年3月16日該工作面發生了40m長度的大面積冒頂，極大影響了安全生產，使回采無法正常進行，因此探索工作面的頂板控制問題為安全生產技術關鍵。通過提取工作面支架礦壓顯現特征及工況特征曲線，認為提高支架工作阻力及初撐力是防治工作面片幫、冒頂的根本途徑。

一、支架工作阻力曲線分析

為了分析霍爾辛赫煤礦3207工作面的礦壓規律，采集了天瑪PM31電液控制系統記錄的礦壓數據，利用KJ21礦山壓力監測系統軟件對數據進行處理，得出工作面支架工作阻力曲線圖。為了具有代表性選取3月份和4月1日～4月16日28#、42#、51#支架數據進行分析，詳見圖1～3。28#支架安全閥調定壓力稍大，支架工作阻力在9000KN安全閥開啟，但該值仍小，由于頂板壓力大導致安全閥仍頻繁開啟，支架呈現急增阻特征。在3月6日和9日，安全閥損壞沒有更換，液壓支架基本上起不到支護作用。42#支架從3月1日～3月5日支架工作阻力來看，該支架循環末阻力約為11000KN，說明頂板壓力較大，但3月7日～3月12日安全閥損壞，導致支架壓力上不去，支架支護效果差，3月16日后安全閥調定壓力太小，安全閥頻繁開啟，頂板下沉量增大，支架成被動支護，煤壁受力增大，進而發生片幫冒頂。該支架安全閥調定壓力較大，支架在10000KN時安全閥開啟，支架循環末阻力約為10000KN，頂板壓力較大，該支架安全閥調定壓力約在42MP，比較合理。

圖1 28#號支架3月份和4月份壓力曲線對照圖

圖2 42#號支架3月份和4月份壓力曲線對照圖

圖3 51#號支架3月份和4月份壓力曲線對照圖

綜上，由支架循環末阻力分布情況分析，支架的合理工作阻力應保證不低于10000kN～11000kN，工作面配套支架為ZY12000/28/60，額定工作阻力12000kN，滿足頂板支護要求，但由3月份壓力曲線知，安全閥開啟值多集中在7000kN～9000kN，且安全閥壽命很短，支撐效率嚴重降低，不滿足控制頂板要求，出現端面漏頂現象，制約了工作面推進速度，進而發生大范圍片幫漏頂，因此建議確保安全閥達到設定壓力，即不低于40MPa。

二、結語

（1）該工作面采用一次采全高工藝，在軟煤層條件下，從防治片幫冒頂考慮，應該合理控制采高，保證支架頂梁和頂板全接觸，避免支架和頂板線接觸，造成應力集中，致使切頂線前移，所以最適宜的采高為5.5m，預留偽頂冒落后支架有足夠的支撐高度，使支架不空頂，保證頂板來壓時支架有足夠的工作阻力。（2）工作面移架后，支架工要及時移架，合理調整支架，頂梁適當上仰接頂，控制好采高，避免長時間空頂，加快推進度，一般可以正常推進通過。（3）煤層厚度為5.0m～5.5m時，若煤質較硬、頂板條件較好時，通過使支架頂梁適當上仰接頂，控制好采高，一般可以正常推進通過，不需要留底煤；若煤質較軟、頂板破碎、條件較差，且易發生片幫冒頂時，可以適當降低采高，提高煤層的相對強度，如果降低采高仍然片幫可以采取煤壁注漿等措施加固，可以有效防止大面積片幫冒頂。（4）修復使用現有大流量高精度反沖洗水處理裝置系統，使水中雜質的含量降低，提高水質的純度，反滲透膜應定時進行清洗，保證系統的清潔，減少安全閥反復動作損壞的幾率，使安全閥保持完好狀態。（5）對操縱閥、千斤頂、安全閥、雙向銷等液壓元件不要在井下檢修，應整體更換；同時定期清洗、更換支架反沖洗過濾器，對裸露在外立柱的活柱及其他千斤頂的活塞桿要及時擦拭干凈，減少雜質物進入液壓系統，避免反復摩擦沖擊尋壞液壓構件，減少液壓元件漏液的幾率，減少壓力損失。

參 考 文 獻

[1]徐永圻.煤礦開采學[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999

[2]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制（修訂本）[M].北京：煤炭工業出版社，1991

[3]姜福興.礦山壓力與巖層控制[M].北京：煤炭工業出版社，2004