ZY3200 型液壓支架在薄煤層采煤中的應用

閆 鈺

（同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司， 山西 朔州 036000）

引言

隨著煤炭開采量的不斷提升，我國對煤礦安全的要求也在不斷提高，但是在實踐過程中，還是會經常看到有關煤礦安全事故的報道[1-3]。液壓支架是確保煤礦開采安全的重要措施和手段，在所有的煤礦開采設備中液壓支架處于絕對核心地位[4]。所以必須充分結合煤層工作面實際情況來選用液壓支架型號，并保障煤礦井下安全[5-6]。

1 ZY3200 型液壓支架結構組成及技術參數

1.1 液壓支架結構組成

煤礦開采過程中液壓支架是非常重要的支護設備，在保障采煤過程安全方面發揮著舉足輕重的作用。如圖1 所示為ZY3200 型液壓支架的總體結構圖。

1）頂梁。液壓支架在工作時頂梁與巷道頂板發生直接接觸，承受巷道頂板施加在液壓支架上面的力。頂梁上設計有與掩護梁和立柱進行連接的結構。

2）掩護梁。液壓支架工作時掩護梁同樣需要承受較大的載荷，載荷主要來自于頂板水平壓力、冒落巖石壓力。掩護梁往上和頂梁直接連接，往下和前后連桿通過鉸鏈的方式連接。掩護梁最大的作用是為井下人員提供安全作業區域。

3）底座。液壓支架底座與巷道底板發生直接接觸，液壓支架上部承受的力全部會傳遞到底座上，然后作用于巷道底板。因此，液壓支架底座必須擁有非常強的硬度和剛度。連桿和底座后端通過鉸鏈的方式連接，千斤頂設在底座中間位置，作用是為液壓支架以及刮板輸送機的移動提供動力。

圖1 ZY3200 型液壓支架總體結構示意圖

4）立柱。立柱往上與頂梁連接，往下與底座連接，主要起到支撐的作用，頂梁上承受的力通過支柱傳遞到底座。液壓支架的高度可以通過支柱進行調整。

5）操縱閥。是控制液壓支架的部分，操作人員通過對操縱閥的操作實現對液壓支架的控制。

1.2 液壓支架技術參數

本文使用的液壓支架型號為ZY3200。該型號液壓支架的具體技術參數如下：工作阻力和初撐力分別為3 200 kN 和2 618 kN，支護強度和底板比壓分別為0.42 MPa 和2.24 MPa，能夠支撐的高度在900～2 000 mm 范圍內，中心距離為1 500 mm，最大傾角可以達到30°。設備自身重量達到11 t。

1.3 采煤工作面情況概述

煤層埋深在535～658 m 范圍內，平均埋深約為600 m。煤層厚度在1～1.5 m 范圍內，平均煤層厚度約為1.2 m，屬于薄煤層。工作面周圍情況比較復雜，東西兩個方向分布有尚未開采的多個工作面，南邊方向為某回采工作面的回風巷道，北邊方向存在有三個采空區。煤層巷道頂板再往上10～20 m 為另一個工作面。工作面所在區域的地表多為梯田或者丘陵，不存在較大的蓄水河流等，地表排水系統良好。經過檢測發現工作面瓦斯涌出量平均為0.12 m3/min，只要合理采取措施處理就不存在爆炸的危險。煤層結構比較簡單，整體相對穩定。巷道的基本頂和直接頂分別以細砂巖和粉砂巖為主，底板則以中砂巖和粉砂巖為主。圍巖上存在多條可能會對回采過程產生影響的斷層。局部區域存在涌水問題，涌水量大約3～5 m3/h，最嚴重的時可以達到15 m3/h 左右。

2 液壓支架在采煤中的應用效果分析

2.1 支架阻力監測

在綜合考慮采煤工作面圍巖實際情況的基礎上，選用ZY3200 型液壓支架進行支護。為檢測該型號液壓支架在采煤工作面中的應用效果，對液壓支架工作過程中的阻力實施監測。將整個工作面劃分成為三個區域，分別為上部、中部和下部區域，在每個區域分別設置1 個監測點。如圖2 所示為液壓支架工作阻力監測點的布置情況簡圖。

圖2 液壓支架工作阻力監測點的布置情況簡圖

整個監測時間持續將近3 個月，監測采集得到了工作面往前推進過程中，各個監測點液壓支架的工作阻力大小。液壓支架工作阻力與工作面推進距離之間的關系曲線分別如圖3、圖4、圖5 所示。

由圖中數據可以看出，在整個監測期間，工作面上部區域總計出現了6 次周期來壓。經過對數據的進一步分析，計算得到6 次周期來壓的步距平均值為18.2 m；非來壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 356.9 kN 和2 397.5 kN；來壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 609.5 kN 和2 709.3 kN；動載的平均值和最大值分別為1.12 和1.18。其中，工作面上部區域在第1次周期來壓過程中，該區域的21 號—31 號液壓支架出現了小范圍的片幫問題。

圖3 5 號液壓支架工作阻力的變化曲線

圖4 50 號液壓支架工作阻力的變化曲線

圖5 90 號液壓支架工作阻力的變化曲線

工作面中部區域在整個監測期間總計出現了6次周期來壓。計算得到6 次周期來壓的步距平均值為18.4 m；非來壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 382.2 kN 和2 446.3 kN；來壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 668.2 kN 和2 750.2 kN；動載的平均值和最大值分別為1.13 和1.18。

工作面上部區域在整個監測期間總計出現了6次周期來壓。計算得到6 次周期來壓的步距平均值為18.9 m；非來壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 373.7 kN 和2 436.2 kN；來壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 737.6 kN 和2 855.3 kN；動載的平均值和最大值分別為1.16 和1.21。

基于上述對采煤工作面不同區域的液壓支架工作阻力數據分析可以看出，不同區域的來壓步距以及工作阻力差異不明顯，且動載系數全部在1～1.5范圍內。來壓期間所有液壓支架的工作情況相對較好，沒有發生壓架問題。除在第1 次來壓過程中工作面上部區域出現了小范圍片幫問題外，整個頂板沒有出現大面積片幫問題。可見，液壓支架在采煤工作面中的應用情況良好。

2.2 液壓支架在采煤應用中的問題及解決措施

采煤工作面巷道底板部分區域相對比較軟弱，在軟弱區域液壓支架底座容易陷入巷道底板內部。ZY3200 型液壓支架為了應對該問題，在底座部分設置有抬底裝置。但對于巷道底板特別軟弱的區域而言，抬底裝置也無法起到實質性的作用。導致的問題就是液壓支架移動困難，且在移動過程中使得液壓支架和刮板輸送機中間灑落很多煤礦殘渣。

作面巷道頂板部分區域存在破碎問題，導致這部分區域的工作面來壓相對較大。在這些區域對液壓支架進行移動時，就容易導致液壓支架之間出現顯著的錯位。如下頁圖6 所示為相鄰液壓支架出現錯位的現場圖片。

圖6 相鄰液壓支架出現錯位的現場圖片

對上述液壓支架在工作面采煤應用過程中存在的問題，可以充分借鑒其他工作面類似問題的解決措施。當移動液壓支架存在困難時，可以在輸送機和頂梁之間設置斜撐立柱，在斜撐立柱的作用下能夠將液壓支架抬起，然后進行移動。對于灑落在輸送機和液壓支架上面的煤礦物料，則只能通過人工的方式進行清理。導致煤礦物料灑落的原因之一是刮板輸送機的運輸能力不足。因此，需要采取措施提升運輸機的運載能力。對于工作面巷道頂板存在破碎區域，可以采取的解決措施包括成組移架和帶壓移架，通過這樣的措施能夠顯著降低巷道頂板的破碎程度，進而避免相鄰液壓支架出現錯位的現象。

3 結論

1）經過監測發現，液壓支架在實踐應用過程中整體表現良好，監測到的工作阻力均在支架的工作范圍內，其他數據均比較理想。

2）有效保障了采煤工作面的安全，可以為其他工作面液壓支架的選型提供借鑒。