大采高綜放工作面液壓支架適應性分析

王潤軍

（山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司，山西 大同 037100）

山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司設計生產能力為240萬t/a，現開采煤層為22#煤層，屬石炭二疊紀煤層，平均厚度為12m，井田內共分東、南和北盤區。105工作面位于井田南盤區東翼，工作面走向長度為1790m，傾向長度為233m，工作面平均回采煤層厚度為9m。工作面直接頂主要以粉砂巖與炭質泥巖混合層為主，巖石脆性大，呈鱗狀結構，平均厚度為4.5m，在構造應力及回采壓力的影響下該巖石層極不穩定，易垮落。105工作面采用綜合機械化走向長壁后退式大采高低位放頂煤回采工藝。工作面采用ZF13000/25/38型液壓支架。

1 105工作面頂板支護設計

1.1 ZF13000/25/38型液壓支架參數

105工作面穩裝的ZF13000/25/38型液壓支架參數如表1所示。

表1 ZF13000/25/38型液壓支架參數

1.2 液壓支架布置方式及工作阻力觀察

（1）105工作面回采期間共安裝130架，其中機頭和機尾各三架端頭支架型號為 ZFZ2000/28.5/42，中間架124組型號為ZF13000/25/38。

（2）105工作面回采期間采用型號為CDW-60支架壓力記錄儀對支架壓力進行采集，每隔20架安裝一臺支架壓力記錄儀，每班安排專職人員對記錄儀數據進行采集并上傳到計算機上進行匯總統計。

2 105工作面礦壓實測結果分析

105工作面自安裝CDW-60支架壓力記錄儀進行數據采集觀測，直至觀測結束共計用了4個月，工作面推進距離為570m，通過對觀測數據統計分析發現105工作面礦壓顯現具有以下特點。

（1）基本頂來壓規律。隨著105工作面回采推進，工作面采空區頂板暴露面積逐漸增大，工作面頂板壓力也隨之增大。根據數據統計分析發現，當105工作面初次來壓時，靠近工作面中部及輸送機機頭部壓力相對較大，平均循環阻力達到9700kN，達到液壓支架額定工作阻力的74.6%，整個工作面初次來壓步距為35m。

（2）頂板周期來壓規律。通過安裝的支架壓力記錄儀測出數據分析發現，105工作面周期來壓步距為25m，在周期來壓期間9#、18#、78#、112#支架工作阻力相對均勻，平均阻力為7400kN；而5#、123#支架在周期來壓時工作阻力相對較大，平均阻力為9112kN，從實測數據整體上看，工作面支架平均阻力為6340kN，是支架額定阻力的48.7%，由此可見ZF13000/25/38型液壓支架滿足生產需要。

（3）頂板垮落特性。通過觀測數據統計分析發現，105工作面頂板垮落特性與工作面推進速度相關，隨著工作面推進速度加大，工作面頂板垮落步距也隨之加大，當工作面推進速度在3.5～5.5m/d時，頂板存在長度為2m的暴露懸頂，且通過頂板觀察儀器對基本頂觀察發現，在周期來壓時上下位基本頂斷裂的時間基本一致，且斷裂線位置超前煤壁2.5m左右，隨推進速度的增加，頂板離層破壞范圍越小。

（4）105工作面回采速度6m/d，工作面推進速度快，所以當工作面出現周期來壓時，工作面能夠快速擺脫壓力影響，大大縮短了來壓影響時間及影響范圍。由于工作面平均周期來壓步距為25m，工作面每隔四天將出現一次周期來壓，工作面周期來壓相對頻繁。

（5）通過數據觀察發現105工作面在周期來壓時動載系數相對較小，同時在工作面遇特殊地質構造如斷層、節理、裂隙時，周期來壓影響范圍及強度相對較大。

3 液壓支架承載特性及初撐力分析

3.1 105工作面液壓支架承載特性

（1）ZF13000/25/38型支架立柱升降特性。根據支架壓力記錄儀監測數據發現，工作面在周期來壓時90%以上的液壓支架立柱能夠達到一次性增阻狀態。105工作面推進速度相對較快，支架立柱能夠隨頂板下沉及時增大阻力，有利于頂板穩定性。

（2）支架增阻特性。當105工作面推進速度加大時，液壓支架一個工作循環時間將會縮短，支架初撐力加大時循環增阻量也隨之加大，所以保持支架具有足夠的初撐力，可有效提高支架支護性能。

3.2 105工作面液壓支架初撐力分析

（1）通過105工作面現場對支架初撐力觀察發現，工作面ZF13000/25/38型支架初撐力未達到預期效果，工作面機頭、機尾段支架初撐力相對較大，平均值為9300kN，而中部支架初撐力平均低于8500kN，工作面整體支架平均支撐力相對降低。

（2）根據生產實際情況確定了105工作面液壓支架初撐力不符合設計要求主要有以下幾方面原因：①工作面乳化液泵壓力不符合要求，同時在移架推溜時液壓管出現斷裂漏液現象嚴重；②升架時間相對較短，造成支架立柱未升到位，支架不接頂或接頂不嚴實。

4 結語

（1）105工作面液壓支架受力統計分析可看出，ZF13000/25/38型支架初撐力及工作阻力富裕系數較大，能滿足頂板支護需要。

（2）工作面周期來壓期間，支架初撐力有時未達到設計效果，主要原因是由于設備零部件損壞造成的，與支架初撐力設計無關。

（3）通過礦壓數值處理分析得出，105工作面超前支承壓力影響范圍在30～42.5m之間，在實際生產過程中，超前距離應確定為55m。