綜采工作面液壓支架適應(yīng)性研究

龐啟云 任利冬 田嘉俊

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 032300）

本文根據(jù)金達(dá)礦11 號(hào)煤層11201 工作面液壓支架選型情況，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)分析了支架對(duì)頂板的適應(yīng)性，為后續(xù)工作面安全高效開采提供了參考。

1 工作面概況及支架主要技術(shù)參數(shù)

11201 工作面位于二采區(qū)東北部，為采區(qū)內(nèi)首采工作面。工作面所采煤層為石炭系下統(tǒng)太原組11號(hào)煤層，煤層厚為1.9～2.9 m，平均厚度為2.4 m。煤層內(nèi)含多層軟弱巖層，整體可采性良好。工作面長(zhǎng)180 m，推進(jìn)長(zhǎng)度1587 m。工作面基本頂為K2石灰?guī)r，平均厚度為5.1 m；直接頂為泥巖及砂質(zhì)泥巖，平均厚度為6.8 m；工作面底板為泥巖及砂質(zhì)泥巖，平均厚度為6.4 m。

工作面使用113 架ZY5200/17.5/28D 型四柱支撐掩護(hù)式液壓支架，主要技術(shù)參數(shù)如下：

型號(hào)：ZY5200/17.5/28D；

型式：支撐掩護(hù)；

支護(hù)范圍：1.75～2.8 m；

額定初撐力：3783 kN（P=31.5 MPa）；

額定工作阻力：5200 kN（P=43.3 MPa）；

中心距：1.5 m；

支護(hù)強(qiáng)度：不低于0.65 MPa；

控制方式：電液控制。

2 支架適應(yīng)性分析

工作面開采期間對(duì)支架立柱應(yīng)力、偏載情況、初撐力方法、活柱下縮情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，全面分析支架適應(yīng)性情況

2.1 立柱應(yīng)力分析

圖1 為開采期間支架立柱應(yīng)力總體分布情況，由圖可知：

（1）整個(gè)監(jiān)測(cè)期間支架立柱應(yīng)力主要集中在15～30 MPa 之間，其中非來壓期間立柱應(yīng)力主要在20～30 MPa 之間，來壓時(shí)立柱最大應(yīng)力為38.9 MPa，均低于安全閥開啟壓力。立柱應(yīng)力具有一定的富余，表明工作面支架設(shè)計(jì)的額定工作阻力可以滿足實(shí)際支護(hù)要求。

（2）工作面支架左右立柱所受應(yīng)力基本相等，無偏載現(xiàn)象。表明實(shí)際支護(hù)過程中支架具有相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，在滿足支護(hù)強(qiáng)度的前提下與頂板具有良好的協(xié)同變形能力。

（3）通過統(tǒng)計(jì)分析，工作面初次來壓步距為42.5 m，最大周期來壓步距為23 m，最小周期來壓步距為14 m，平均來壓步距為17 m。來壓期間支架最大動(dòng)載系數(shù)為1.64，最小動(dòng)載系數(shù)為1.39，平均動(dòng)載系數(shù)為1.48。動(dòng)載系數(shù)變化幅度較小，表明工作面頂板來壓強(qiáng)度劇烈程度較小，頂板管理難度中等。

圖1 立柱應(yīng)力分布曲線

2.2 初撐力分析

圖2 為工作面開采期間所監(jiān)測(cè)的支架初撐力及工作阻力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所得出的應(yīng)力分布直方圖，分析可知：

（1）支架初撐力在10 MPa 以上所占比率為74.6%。其中初撐力為10～15 MPa 所占比率為36.6%，初撐力為15～20 MPa 所占比率為17.5%，初撐力為20～25 MPa 所占比率為20.5%。初撐力低于10 MPa 所占比率為25.4%。

（2）根據(jù)分析可知開采過程中支架整體初撐力偏低，實(shí)際初撐力均低于額定初撐力，且絕大部分支架初撐力均低于額定初撐力的80%，在后續(xù)支護(hù)過程中應(yīng)特別重視。

（3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，支架初撐力較低時(shí)，其工作阻力也相對(duì)較低，可能會(huì)導(dǎo)致來壓期間頂板對(duì)支架造成一定的沖擊，不利于工作面安全支護(hù)。因此在后續(xù)生產(chǎn)過程中應(yīng)特別重視，嚴(yán)格根據(jù)泵站壓力進(jìn)液，保證實(shí)際初撐力不低于額定初撐力的80%。

2.3 活柱下縮量分析

表1 為監(jiān)測(cè)期間工作面不同位置支架來壓期間活柱下縮量統(tǒng)計(jì)表。分析可知，支架立柱下縮量主要集中于40～100 mm 之間，占74.86%，其中立柱下縮量為70～80 mm 時(shí)所占比率為32.74。來壓期間立柱總體下縮量相對(duì)較大，分析其主要原因?yàn)槌鯎瘟^低，導(dǎo)致來壓期間上覆巖層頂板對(duì)頂梁造成一定的沖擊，導(dǎo)致活柱下縮量增大，對(duì)工作面頂板的維護(hù)造成一定的影響。

圖2 支架初撐力分布直方圖

表1 支架立柱下縮量統(tǒng)計(jì)表

3 支架合理工作阻力分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，實(shí)際支護(hù)過程中支架合理工作阻力按下式計(jì)算：

式中：

Pm-統(tǒng)計(jì)得出來壓期間支架平均最大工作阻力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，取32.16 MPa；

σm-統(tǒng)計(jì)得出平均最大工作阻力標(biāo)準(zhǔn)均方差，1.24 MPa；

K-置信系數(shù)，取1.3。

帶入式（1），得P=33.78 MPa，小于立柱安全閥開啟壓力。表明所涉及的支架工作阻力具有一定的富余，可以滿足工作面支護(hù)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

金達(dá)礦10201 綜放工作面支架額定工作阻力可以滿足工作面實(shí)際支護(hù)要求，但在實(shí)際支護(hù)過程中初撐力普遍偏低，導(dǎo)致來壓期間支架受頂板沖擊作用較大，立柱下縮量較大，對(duì)工作面產(chǎn)生一定的影響。在后續(xù)開采過程中應(yīng)特別注意提高初撐力，進(jìn)一步提高支護(hù)效率，維護(hù)工作面作業(yè)空間安全。