長平公司重型放頂煤液壓支架適應性分析

劉 鵬

(晉城煤業集團 長平公司，山西 高平 048400)

隨著煤礦開采技術不斷進步，產量穩步提升，設備技術已開始持續更新。為推動企業綠色轉型，長平公司引進了重型放頂煤采煤工藝。重型放頂煤液壓支架具有自行移架、自動推拉刮板輸送機功能，它的應用對增加采煤工作面產量、提高勞動生產率、降低成本、減輕工人體力勞動和保證安全生產起著非常重要的作用。但由于長平公司地質條件復雜，對頂板的管控要求嚴格。因此，合理布置礦壓觀測方案，及時掌握工作面礦壓顯現規律和支架受力情況，分析重型放頂煤液壓支架的適應性對工作面安全高效開采具有現實意義。

1 重型放頂煤采煤工藝概況

重型放頂煤裝備是結合井下現有的綜放采煤工藝，配備具有感知能力、記憶能力、學習能力和決策能力的綜采裝備。重型放頂煤工作面集控中心可一鍵啟動工作面乳化液泵站、膠帶輸送機、破碎機、轉載機、刮板輸送機，采煤機采用記憶截割模式，支架通過SAC系統實現自動移架，采煤機LASC系統協同SAC系統可實現刮板機的自動找直，地面分控中心、工作面集控中心通過SAM系統可對綜采工作面采煤機、液壓支架、運輸設備、供液設備、供電設備進行實時監控，并及時做出操控調整。

重型放頂煤液壓支架(中間架)型號為ZF11000/20.5/38，支架中心距為1 750 mm。普通綜合機械化放頂煤液壓支架(中間架)型號為ZF7200/17/33.5，支架中心距為1 500 mm。重型放頂煤液壓支架與普通綜放工作面液壓支架相比，除額定工作阻力、支護高度、中心距等有所提高以外，更具有自行移架和自動推拉刮板輸送機功能，機械化程度更高。

2 重型放頂煤工作面礦壓顯現規律分析

2.1 工作面概況

長平公司5302工作面率先應用重型放頂煤采煤工藝，工作面位于3號煤一水平五盤區南翼，為五盤區的首采工作面。工作面地面標高979～1 170 m，煤層底板標高412～480 m，傾角1～9°。工作面走向長度 1 509.17 m，傾斜長度295.00 m，煤層平均厚度5.64 m。工作面整體東高西低，南北高中部低，切眼東高西低，切眼相對高差約12 m。工作面于2019年9月1日開始回采，為減少初采期間來壓對工作面造成的影響，回采期間工作面一直偽斜推進。截止到2019年9月28日，工作面機頭共推進31.4 m，機尾共推進51.6 m。

2.2 工作面礦壓監測設備布置方式

工作面共安裝171臺液壓支架，采用天瑪電液控制系統，每架支架均安裝了電液控制器，可以實時采集礦壓數據，并通過環網傳輸至井上服務器。

2.3 工作面初采期間礦壓顯現規律分析

選取初采期間支架壓力數據進行分析，每隔10架分析一組，即10號、20號、30號、40號、50號、60號、70號、80號、90號、100號、110號、120號、130號、140號、150號、160號、170號共計17組支架壓力數據，工作面各位置頂板初次來壓情況如下：

1) 2019年9月5日工作面上部10號、20號支架附近頂板首先來壓，來壓持續至9月10日，最大工作阻力達11 610.8 kN，來壓步距為9.2 m；

2) 2019年9月7日，工作面下部150號支架附近頂板初次來壓，來壓持續至9月10日，最大工作阻力達11 384.8 kN，來壓步距為15.2 m；

3) 2019年9月8日，工作面中部90號支架附近頂板初次來壓，來壓持續至9月12日，最大工作阻力達11 441.3 kN，來壓步距為13.6 m；

4) 2019年9月9日，130號、140號支架附近頂板開始來壓，該位置來壓持續時間較長，尤其是130號支架來壓持續至9月19日。來壓期間，支架安全閥開啟較頻繁，最大工作阻力11 384.8 kN，來壓步距為17.6 m；

5) 2019年9月16日，160號支架附近頂板初次來壓，來壓持續至9月20日，最大工作阻力達11 387.3 kN，來壓步距為30 m；

6) 2019年9月17日，100號、110號支架附近頂板開始來壓，來壓持續至9月20日，最大工作阻力11 497.8 kN，來壓步距為32 m；

7) 2019年9月19日，30號、40號、50號、60號支架附近頂板開始來壓，來壓持續至9月22日，最大工作阻力11 667.3 kN，來壓步距為25.2 m；

8) 2019年9月22日，70號、80號、120號、170號支架附近頂板開始來壓，最大工作阻力11 497.8 kN，70號、80號支架來壓步距為31.6 m，120號支架來壓步距為37.7 m ，170號支架來壓步距為40 m。

工作面不同位置來壓次序見圖1，不同位置初次來壓步距見圖2。

圖2 工作面不同位置初次來壓步距

圖1 工作面不同位置來壓次序

由于工作面傾斜長度較長，初采期間一直處于偽斜推進狀態，初次來壓呈現出明顯的分段來壓特征，上部最先來壓，中部來壓一般約在30 m，下部最后來壓，平均來壓步距為24.6 m。初采期間各支架工作阻力普遍在8 000 kN以下。工作面頂板初次來壓強度較大，支架普遍達到額定工作阻力，部分支架安全閥開啟。

3 液壓支架初撐力及循環末阻力分析

工作面在初采期間，上部與下部的液壓支架平均初撐力較高，基本維持約在6 000 kN，中部液壓支架初撐力偏低，120號支架平均初撐力僅為3 604.2 kN，工作面支架初撐力平均為5 461.9 kN，呈現整體偏低的態勢。導致液壓支架初撐力較低的原因為：工作面巷道和切眼在掘進期間沿頂掘進留有底煤，所以在初采期間，工作面一直處于下栽找煤層底板狀態，導致支架接頂不實，初撐力較低。初采期間支架平均循環末阻力基本維持約在7 000 kN，平均為7 195.6 kN，最大循環末阻力保持約在11 400 kN，當支架循環末阻力超過額定工作阻力時，安全閥自動開啟，呈現自我保護狀態。支架工作阻力特征曲線見圖3。

圖3 支架工作阻力特征曲線

4 結 語

5302重型放頂煤初采期間，頂板能夠按照規律正常跨落，來壓步距與來壓強度均在合理范圍內，效果良好。支架初撐力最大值為9 854.8 kN，平均為5 461.9 kN，末阻力最大值為11890.4kN，平均為7195.6kN。初次來壓期間，當支架循環末阻力基本超過額定工作阻力，安全閥自動開啟，呈現自我保護狀態。通過初采期間支架的初撐力和循環末阻力可得出，重型放頂煤ZF11000/20.5/38型液壓支架能夠滿足工作面頂板支護要求，為長平公司的安全生產提供了保障，更為企業綠色轉型奠定了良好的基礎。