ZF5800兩柱式支架在放頂煤工作面的實踐

張立強

（山西陽煤集團開元公司，山西晉中 045400）

1 煤層地質情況

1.1 煤層結構特征

15#煤層在太原組的下部，該煤層厚度最厚處達9.03 m，最小處4.77 m，均厚6.91 m，夾矸層數1～4層，矸石厚度范圍0.1～1.0 m，煤層結構復雜。在礦井有效范圍內，其可采性指數為1，該煤層變異系數是13.30%，煤層穩定。

1.2 煤層頂底板巖性

基本頂：巖層為石灰巖，厚度約為12.7 m，呈灰色，質地密實，硬度較高，存在裂隙，裂隙中存在方解石、動物化石、夾雜黑色泥巖層。直接頂：巖層為泥巖，厚度約為0.85 m，呈黑色，質地密實，脆性較高。直接底：巖層為泥巖，厚度約為0.95 m，呈灰色，存在植物化石。基本底：巖層為細砂巖，厚度約為5.3 m，呈灰白色，硬度較高，紋理層水平狀。

2 8711工作面概況

2.1 8711工作面主要技術參數

工作面長度563 m，傾斜長149.5 m，煤層厚5.06～7.72 m，平均厚6.12 m，開采儲量494 728.9 t。該煤層傾斜角度最大值約9°，最小值約1°，均值5°。綜采放頂煤液壓支架使用ZF5800兩柱式支架，額定初撐力26 MPa，額定工作阻力38 MPa，支護強度1 MPa，支架數量68架。

2.2 巷道布置及斷面特征

該工作面采用一進兩回開切巷加走向高抽巷的方式布置。其中進風巷（5.1 m×2.9 m）、回風巷（4.1 m×2.9 m）、切巷（8.0 m×2.6 m）沿15#煤下層布置，內錯尾巷沿15#煤層頂板布置，走向高抽巷沿11#煤層頂板布置。

3 工作面礦壓觀測方案

3.1 支架內部受力觀測

8711工作面支架安裝有KJ653煤礦頂板動態監控與礦山壓力可視化分析專家系統，該系統主要由四部分組成：監測主站、監測分站、工作面支架壓力表和可視化專家分析系統（地面）。工作面支架壓力表采集數據，通過無線傳輸至設備列車處的監測分站，監測分站通過預先敷設的專用線路將數據傳輸至采區配電室內的監測主站，監測主站通過一條專用的電話線將數據傳輸至地面可視化專家分析系統，通過采集來自井下兩柱式支架控制器的數據和參數，可實現隨時調用和顯示數據及參數，以監視兩柱式支架的動作情況，分析支架的初撐力、阻力等[2]。

3.2 液壓支架立柱阻力觀測

工作面監測點布置要有代表性，可反映全部工作面的實際狀況。參考礦壓值合理布置監測點，間隔布置監測站，觀測線為各監測站內兩柱式支架[3]。

8711工作面礦壓觀測站布置：沿工作面自上而下布置三個測區（上部、中部、下部），共安設YHY-60型礦壓觀測表10塊：上部（3#、10#、17#）、 中 部 （24#、 31#、 38#、 45#）、 下 部（52#、59#、63#）。數據采樣周期為5分鐘/次，以觀測兩柱式支架的初撐力、阻力。為了充分掌握頂板的運動規律，以工作面試生產為觀測起始點，工作面回采結束為結點，通過分析數據掌握頂板運動情況。

4 綜采（放）工作面礦壓觀測數據及分析

4.1 8711工作面頂板運動規律分析

開始時間：2013年03月29日，結束時間：2013年04月18日。觀測期內工作面推進距離共計100 m，各個液壓支架整架工作阻力如圖1所示。

4.2 頂板來壓步距判斷及來壓強度確定

根據液壓支架工作阻力監測數據和頂板巖層強度，工作面直接頂初次垮落步距為3.43 m；直接頂懸頂距為0 m。為直接垮落方式。8711工作面首次來壓步距：基本頂28.14 m，上端頭基本頂均值27.132 m，中部基本頂均值27.909 m，下端頭基本頂均值29.988 m。壓步距最大值約30.2 m，最小值約為4.7 m，均值13.4 m，來壓周期均值3天。工作面上端頭周期來壓步距均值12.92 m，中部周期來壓步距均值13.29 m，下端頭周期來壓步距均值14.28 m。

基本頂來壓強度的大小通過動壓系數來觀測，通過對兩柱式液壓支架阻力監測數據分析，該工作面動壓系數為1.1，強度屬于緩和狀。

5 支架支護阻力及支護強度的評價

5.1 支架合理支護強度計算值

通過對該工作面基本頂破斷結構特征分析計算，需要支架支護強度達到863.83 kN/m2；ZF5800兩柱式支架，支護強度1 MPa，符合要求。

5.2 支架工作阻力評價

5.2 .1支架初撐力評價

8711工作面采煤工作面支架初撐力如表1所示，初撐力實測值分布區間圖如圖2所示。

表1 8711工作面采煤工作面支架初撐力

圖2 初撐力實測值分布區間 （單位：MPa）

兩柱式支架初撐力均值20.9 MPa，最高初撐力是33.3 MPa（最大值占整個支護阻力區間的 1.12%）。ZF5800兩柱式支架，額定初撐力26 MPa，說明支架初撐力略高。

5.2.2 支架循環末工作阻力評價

8711工作面采煤工作面循環末工作阻力如表2所示，循環末工作阻力實測值分布區間圖如圖3所示。

兩柱式支架，循環末工作阻力均值24.04 MPa，循環末工作阻力最高值約38.83 MPa（最大值占整個支護阻力區間的5.82%）。ZF5800兩柱式支架，額定工作阻力38 MPa。可見，該類型支架適合當前工況。

5.2.3 時間加權平均工作阻力評價

分析數據見表3、分布區間見圖4。

表2 8711工作面采煤工作面支架循環末工作阻力

圖3 循環末工作阻力實測值分區區間 （單位：MPa）

表3 8711工作面采煤工作面支架時間加權平均工作阻力

圖4 時間加權平均阻力實測值分布區間 （單位：MPa）

兩柱式支架，時間加權平均工作阻力均值18.68 MPa，時間加權平均工作阻力最高值34.77 MPa（循環末工作阻力最大值占整個支護阻力區間的0%），綜采放頂煤液壓支架使用ZF5800兩柱式支架，額定工作阻力38 MPa，說明兩柱式該型號支架支撐頂板是十分可靠的。

6 結束語

從8711工作面使用ZF5800兩柱式支架試驗情況、實際使用效果看，該支架支護情況良好，頂板巖層可靠安全。由此可見，兩柱式支架的試用是成功的、值得推廣應用。

［1］方新秋，錢鳴高.支架架型對綜放頂板穩定性的影響［J］.遼寧工程技術大學學報，2004（05）：581-584.

［2］岑傳鴻.采場頂板控制及監測技術［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1998.

［3］唐小鋒.兩柱掩護式低位放頂煤電液控制液壓支架的應用［J］.現代礦業，2013（10）：148-150.