綜放工作面液壓支架支護(hù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬 軍

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一礦，山西 陽(yáng)泉 045008）

1 81403工作面基本情況

1.1 工作面簡(jiǎn)介

陽(yáng)煤一礦81403工作面井下位于北條帶十四采區(qū)西北部，東部為十四采區(qū)大巷，南部為81405回采工作面（未掘進(jìn)），西部為十六采區(qū)（未掘進(jìn)），北部為81401工作面（已回采）。本工作面上方為圣天寶地清城煤礦與呈祥煤礦9號(hào)煤層連接通道（未掘進(jìn)）。有電力線，無(wú)建筑物。高壓線橫穿本工作面中部，工作面回采對(duì)高壓電力線及其設(shè)施產(chǎn)生破壞作用。煤層節(jié)理發(fā)育。煤層節(jié)理產(chǎn)狀：54°∠60°。工作面坑透后，圈定兩處異常區(qū)，編號(hào)為E1、E2異常區(qū)。異常區(qū)為陷落柱和預(yù)測(cè)陷落柱影響所致。

此外據(jù)坑透分析工作面內(nèi)隱伏有四條撓曲，編號(hào)為KN1、KN2、KN3、KN4，五處預(yù)測(cè)地質(zhì)異常體，編號(hào)為A1、A2、A3、A4、A5。工作面走向長(zhǎng)1 345 m，傾斜長(zhǎng)226 m，開(kāi)采儲(chǔ)量256萬(wàn)t。

1.2 采煤方法及工藝

工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤一次采全高采煤方法；雙滾筒采煤、落煤和裝煤，液壓支架維護(hù)頂板和放頂煤，前后兩部溜運(yùn)煤；全部垮落法管理頂板。采用綜合機(jī)械化低位放頂煤一次采全高采煤工藝，工作面每割一刀煤放一部頂煤，實(shí)行“一采一放，追機(jī)放頂煤”的作業(yè)方式。

1.3 工作面支護(hù)設(shè)備

本面安裝153架低位放頂煤液壓支架，其中中間架147架，型號(hào)為ZFY7800/17/32D，機(jī)頭、機(jī)尾各安裝3架過(guò)渡架型號(hào)為ZFG7000/18/32D；過(guò)渡架工作面支架最大控頂距6.26 m，最小控頂距5.46 m；中間架工作面支架最大控頂距6.33 m，最小控頂距5.53 m，移架放頂步距0.8 m，端面距不大于0.34 m。正常情況下，工作面采高控制在2.8~3.0 m之間。

2 工作面支架設(shè)計(jì)校核

本工作面過(guò)渡架采用ZFG7000/18/32D型支架及ZFT-25000/20/38型 支 架，工 作 面 采 用ZFY7800/17/32D型基本架，現(xiàn)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。本工作面合理支護(hù)強(qiáng)度選取549.36 kN/m2。

2.1 ZFT-25000/20/38端頭架支護(hù)強(qiáng)度校核

動(dòng)壓影響一般取靜壓時(shí)的2~4倍，取3。

2.1.1 進(jìn)風(fēng)巷超前段頂板載荷Q進(jìn)的計(jì)算

式中：Q頂為靜壓情況頂板載荷，kN/m2；γ頂為巖石容重，取25 kN/m3；H為巷道高度，取3.1 m；RP為塑性區(qū)半徑，m。

式（1）中塑性區(qū)半徑RP的計(jì)算公式為：

式（2）中：Z為巷道埋藏深度，539.4 m；φ為內(nèi)摩擦角，取45°；R0為矩形巷道外接圓半徑，m。

式（2）中矩形巷道外接圓半徑R0的計(jì)算公式為：

式（3）中：a為巷道寬度，取5.7 m；H為巷道高度，取3.1 m。

將數(shù)值帶入公式（3）（2）（1）中計(jì)算，得出Q進(jìn)=173.25 kN/m2。

2.1.2 進(jìn)風(fēng)巷超前段頂板總壓力F頂?shù)挠?jì)算

式中：L為超前維護(hù)距離，取1.5 m。

將數(shù)值帶入公式（4）得F頂=14 813 kN。

2.1.3 進(jìn)風(fēng)巷錨網(wǎng)支護(hù)F錨網(wǎng)的計(jì)算

式中：n補(bǔ)為補(bǔ)強(qiáng)錨索根數(shù)，18；N破為錨索破斷力，取353 kN；η為錨索支護(hù)效率，取80%。

將數(shù)值帶入公式得F錨網(wǎng)=5 083 kN。

2.1.4 進(jìn)風(fēng)巷超前段端頭支架需要承載的頂板壓力F超前

F超前=F頂-F錨網(wǎng)=14 813-5 083=9 730 kN。

ZFT25000/20/38型端頭支架的初撐力為19310 kN，大于所需要的頂板承載壓力9 730 kN，完全滿足頂板支護(hù)要求。

實(shí)際支護(hù)能力P1=25 000/（13.0×1.34×2）≈717.6 kN/m2≈0.718 MPa。式中：25 000 kN為液壓支架額定工作阻力；13 m為支架最大控頂距；1.34 m為支架中心距為雙架。

且P1＞Pt（通過(guò)理論計(jì)算得出理論要求的壓力Pt=549.36 kN/m2≈0.549 MPa），所以端頭支架的支護(hù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)理論要求的壓力，完全滿足頂板支護(hù)要求。

2.2 ZFG7000/18/32D型過(guò)渡架支護(hù)強(qiáng)度校核

支架的額定工作阻力為7 000 kN，最大控頂距為6.26 m，支架中心距為1.5 m。同上計(jì)算得出實(shí)際支護(hù)能力P2≈0.745 MPa，P2＞Pt（0.549 MPa），支架支護(hù)能力達(dá)到要求。

2.3 ZFY7800/17/32D型基本架支護(hù)強(qiáng)度校核

支架的額定工作阻力為7 800 kN，最大控頂距為6.33 m，支架中心距為1.5 m。同上計(jì)算得出實(shí)際支護(hù)能力P3≈0.821 MPa，P3＞Pt（0.549 MPa），支架支護(hù)能力達(dá)到要求。

2.4 支架參數(shù)對(duì)照表（如表1所示）

表1 支架參數(shù)對(duì)照表

控頂距的選擇：中間架最大、最小控頂距分別為6.33 m、5.53 m，過(guò)渡架最大、最小控頂距分別為6.26 m、5.46 m，均能夠滿足要求。

3 礦壓觀測(cè)分析

3.1 支護(hù)效果分析

工作面支護(hù)情況良好，支架工拉架后及時(shí)將立柱升緊達(dá)到初撐力，來(lái)壓時(shí)工作面情況：每次來(lái)壓時(shí)工作面有片幫現(xiàn)象，局部頂板冒落，安全閥卸載現(xiàn)象，個(gè)別安全閥損壞導(dǎo)致來(lái)壓時(shí)支架行程變小、支架立柱自降及尾梁自降等情況發(fā)生。回、進(jìn)風(fēng)巷超前壓力顯現(xiàn)正常。

通過(guò)礦壓觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，工作面直接頂初次跨落步距24 m，基本頂初次來(lái)壓步距45.3 m，工作面頂板周期來(lái)壓步距13.38 m。最大平均值達(dá)到32 MPa，持續(xù)距離約1.8 m，然后壓力值開(kāi)始呈下降趨勢(shì)，壓力值正常，周期來(lái)壓期間工作面壓力顯現(xiàn)不明顯，支架工作狀態(tài)正常，支架設(shè)計(jì)初撐力得到較好的發(fā)揮，部分支架最大循環(huán)末阻力已達(dá)到額定阻力的95%，支架的額定能力已得到充分發(fā)揮。

液壓支架平均初撐力為28.56 MPa，初撐力平均值與額定初撐力的比值為82.6%；最大初撐力為35.8 MPa，初撐力最大值與額定初撐力的比值為119%。

3.2 壓夜支架及頂板管理措施

1）加強(qiáng)采煤工作面液壓支架初撐力管理。保證泵站壓力，定期對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，及時(shí)更換損壞的支架千斤立柱，杜絕竄漏液，同時(shí)嚴(yán)格規(guī)范工人操作，支架拉出后要將支架調(diào)平升緊，必須保證支架初撐時(shí)間，避免支架出現(xiàn)錯(cuò)茬。嚴(yán)格控制工作面的端面距超過(guò)0.34 m，要及過(guò)架。兩巷支設(shè)超前時(shí)，要保證初撐力合格，鉆底量超過(guò)100 mm要穿鐵鞋。

2）加強(qiáng)工作面兩巷落山退錨放頂管理，保證兩巷的壓力得到及時(shí)的釋放，利于端頭的維護(hù)。加強(qiáng)采煤工作面端頭維護(hù)和安全出口管理。采煤工作面所有安全出口與巷道連接處超前壓力影響范圍內(nèi)必須加強(qiáng)支護(hù)，此范圍內(nèi)的巷道高度不得低于1.8 m，人行道寬度不小于0.8 m。

3）隊(duì)組技術(shù)人員要掌握好本工作面的平均來(lái)壓步距，分析好周期來(lái)壓的時(shí)間段，隊(duì)組根據(jù)分析情況及每次周期來(lái)壓情況，提前加強(qiáng)支架的閥組檢修，保證支架的初撐力；加強(qiáng)端頭支護(hù)，保證超前及端頭支護(hù)的單體柱要穿好柱鞋，保證支護(hù)強(qiáng)度，當(dāng)工作面發(fā)生片幫及局部冒落等情況時(shí)，要及時(shí)地提前過(guò)架維護(hù)頂板，仍然達(dá)不到維護(hù)效果時(shí)要采取上木梁或注膠等維護(hù)措施加強(qiáng)工作面的維護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在陽(yáng)煤一礦81403工作面液壓支架的選型及應(yīng)用，該型號(hào)支架滿足工作面支護(hù)強(qiáng)度要求，在頂板支護(hù)上能提供較高的初撐力，也驗(yàn)證了各類地質(zhì)條件的可靠性能，和其他綜采設(shè)備配套良好，實(shí)現(xiàn)了頂板支護(hù)的安全，為工作面安全高效推進(jìn)提供了有效裝備。