ZYB4400型液壓支架在近距離薄煤層工作面適應性分析

暴軍偉

（同煤集團 云崗礦，山西 大同 037003）

1 14號煤層地質、賦存、開采概況

煤峪口礦14號層408盤區工作面屬近距離薄煤層開采，煤層賦存較穩定，煤層厚變化大，一般為0.07～4.17 m，平均 2.2 m；傾角 1°～3°，與上覆11號、12號合并層間為灰白色粉砂巖距，厚度2.86～10.45 m，平均4.39 m。基本頂（老頂）為11號、12號層采空冒落部分，平均厚度9 m。盤區西翼（上山）開采期間煤厚變化不大，支護采用ZZS-5600/14/28型液壓支架：適應煤厚 1.6～2.6 m；支護強度 0.73～0.98 MPa；初撐力 24.5 MPa（4 810 kN）；工作阻力：28.5 MPa（5 600 kN）泵站壓力：25.5 MPa。盤區東翼（下山）開采時煤層厚度變薄，最薄處不足1.4 m，工作面偶有沖刷、夾石。開采8818工作面時，ZZS-5600/14/28型液壓支架在采高上已顯出不適應。

從14號層307盤區、410盤區現已掘出巷道揭露的煤層來看，賦存情況不容樂觀。14號層煤厚度普遍為0.8～2.3 m，煤厚變化大、賦存極不穩定；頂板為粉砂巖，厚2.86～10.45 m；底板巖性為灰色粉砂巖，厚0.45～2.28 m。14號層與11號～12號層間距一般為2.86～10.45m，平均6.45m。為保證14號層的順利開采，支架重新選型迫在眉睫。基于ZYB4400/8.5/18液壓支架的適應煤厚1～1.6 m；支護強度0.766 MPa；初撐力31.4 MPa（3 860 kN）；工作阻力 35.7 MPa（4 400 kN）泵站壓力31.4 MPa。支護強度能否支護采場頂板，是目前薄煤層開采采場支護急需解決的問題。

2 ZY B4400/8.5/18液壓支架的適應性分析

2010年10月至2011年4月，煤峪口礦14號層408盤區8816、8814工作面改用ZYB4400/8.5/18液壓支架，需要理論計算分析和工作面采場支護實測情況。

1）ZYB4400/8.5/18液壓支架主要參數。支架型號：兩柱掩護立即支護式；支架高度：850～1 800 mm；支架中心距：1 500 mm；適應傾角：≤15°；適應煤厚：1～1.6 m；初撐力：3 860 kN（P=31.4 MPa）；工作阻力：4 400 kN（P=35.7MPa）；支護強度：0.766 MPa（H=1 800 mm）；泵站壓力：31.4MPa。

2）ZYB4400/8.5/18液壓支架的工作面實測載荷及支護強度，如表1和表2所示。以平均工作阻力計，支架載荷及支護強度均在ZYB4400/8.5/18液壓支架額定值內。以瞬時最大工作阻力計，支架載荷在工作面中部局部范圍稍大于額定值，支護強度均在額定值內。

表1 8816工作面2010年10月支架初撐力及工作阻力統計

表2 8814工作面2011年1月支架初撐力及工作阻力統計

3）ZYB4400/8.5/18液壓支架的支架載荷及支護強度分析計算如下：

a.支護設計若用經驗公式計算，支架需承受的載荷應為8倍采高的巖石重，即：頂板壓力Q=8×采高×巖石容重×工作面長度×支架最大控頂距×9.8=8×1.6×2.5×102.5×4.72×9.8=151719.68(kN)。ZYB4400/8.5/18液壓支架最大采高1.6m，8倍采高為12.8m。工作面共穩69架ZYB-4400中間支架和2架ZZS-5 600支架。支架承載 F=（151719.68-2×5600）÷69=2 036.5（kN）。顯然，計算與工作面實測支架的工作阻力相差較大。

b.該盤區工作面支護設計結合14號層上覆11號、12號合并層分層開采工作面情況進行計算分析。11號、12號合并層平均煤厚按8 m計，上下分層采高均為2.8 m，下分層頂煤厚2.4 m，頂煤回收率按50%計，則共采出煤厚6.8m。上下分層采出后，直接頂、下位基本頂冒落后填滿采空區，采空區下部為松散巖石碎塊，上部為無序排列并相互咬合的大塊巖石。基本頂已離層未冒落部分相互咬合形成基本穩定的拱形砌體梁結構。若冒落巖石碎脹系數取1.35，則巖層冒落高度h=6.8÷0.35=19.43 m。所以，11號、12號合并層408盤區采空區巖層冒落高度為19.43m。14號層408盤區工作面與上覆11號、12號合并層間為灰白色粉砂巖距，厚度2.86～10.45 m，平均4.39 m。以ZYB4400/8.5/18液壓支架計，則工作面支架承受采場頂板4.39 m未松散巖層及19.43 m巖層松散后的重量,巖石容重取25 kN/m3，分析計算支架載荷及支護強度如下：支架載荷F=（19.43+4.39）×支架中心距×（支架最大控頂距）×巖石容重=23.82×1.5×4.81×25=4 297(kN)。支護強度q=支架載荷/（支架中心距×支架長度）/1 000=4 297÷（1.5×4.47）÷1000=0.64(MPa)。綜上分析計算支架載荷及支護強度與工作面后期開采實測ZYB4400/8.5/18液壓支架的支架載荷及支護強度相符，且均在額定值內。

4）ZYB4400液壓支架在采場應用時應注意的問題：a.工作面開采中，必須保證泵站壓力在30 MPa以上，初撐力在24MPa以上，保證與煤壁共同支撐頂板，防止頂板在煤壁前方斷裂，造成支架前傾壓架。b.割煤后要及時擦頂帶壓移架，保證頂板的完整性及可控的端面距。c.當工作面中部支架工作阻力逐步增大并超過4400kN時，應加快開采速度，使直接頂懸板快速斷裂，擺脫支架壓力。d.支架出現瞬時增阻現象，支架通過安全閥不斷開啟后可卸壓，卸壓后支架活柱下縮，要再次及時升架，防止頂板在煤壁前斷裂。

5）ZYB4400液壓支架采場的支撐能力綜合分析：a.14號層408盤區工作面沒有明顯周期來壓，有瞬時增阻或工作阻力超過額定值現象。隨著工作面推進，直接頂在支架切頂線后0～3m跨落，直接頂上松散巖體隨著下落。由于松散巖體高度大、采空區高度小，下落的松散巖體相互擠壓，并未按流體沿斜面下滑。支架切頂線后最大懸頂長1m左右，機道頂板利用煤壁與支架共同支撐。b.工作面中部支架最大工作阻力有時達到或超過4400kN，原因分析：11號、12號層采空區上部相互咬合的大塊巖石及基本頂已離層，形成拱形砌體梁結構，隨著直接頂、上松散巖體的冒落及采動影響，原有的穩定結構破壞，隨之快速冒落，形成瞬時沖擊壓力，支架出現瞬時增阻現象。當直接頂完整性較好時，支架切頂線后最大懸頂長度超過1 m，支架的工作阻力將超過4 400 kN。支架初撐力不足時，直接頂在煤壁前斷裂，端面頂板失去煤壁支撐作用，支架實際控頂長度加大，支架的工作阻力將超過4400kN。c.工作面支架沿推進方向實際最大承載頂板長度約為支架長度，通過上述分析、支架載荷及支護強度分析計算可知，其與工作面實測支架載荷及支護強度相符，能夠承載采場頂板壓力；雖有短時超載現象，可經生產工藝工序進行調整。

3 存在問題

ZYB4400/8.5/18液壓支架對于薄煤層適用性較強，但煤厚超過1.6 m時顯示不足。從14號層307盤區、410盤區現已掘出巷道揭露的煤層來看，煤層厚度普遍為0.8～2.3 m，煤厚變化大、賦存極不穩定，需要選擇更合適的支架，服務后面兩個盤區的實際需要。

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