兩柱掩護式液壓支架損壞情況分析

呂金龍

（中煤北京煤礦機械有限責任公司，北京 102400）

兩柱掩護式液壓支架損壞情況分析

呂金龍

（中煤北京煤礦機械有限責任公司，北京 102400）

本文對兩柱掩護式液壓支架掩護梁使用損壞進行了探討，分析了掩護梁使用過程中損壞的原因，總結了我國目前兩柱掩護式液壓支架的設計、使用應遵循的原則，提出了設計、使用、維護應注意的事項。

掩護式液壓支架；選型；結構設計；掩護梁；礦山應用

我國煤炭資源賦存條件千差萬別，與其相適應的支護設備自然千變萬化。實現高產高效高回收率是煤炭開采一直努力的方向。

隨著國內綜采技術和煤機制造技術水平的不斷提高，煤機裝備得到了迅速的發展，并在采煤工藝和液壓支架裝備水平上有新的突破，逐步趨于完善。液壓支架架型，從目前使用情況來看，多采用二柱型掩護式液壓支架，根據不同地質條件、使用習慣等獲得推廣應用，并取得較好效果。但在使用過程中，也出現了一些問題。本文僅就二柱掩護式液壓支架的有關設計、使用等情況進行探討。

1.礦區開采技術條件

1.1巖石工程地質特征

井田地形地貌和地質構造簡單，地層巖性較單一，巖體結構多為厚層狀，巖體各向異性，飽水抗壓強度一般為20MPa～40MPa，屬于中硬為主的層狀礦床。可采煤層頂板多屬中等冒落到難冒落頂板，穩定性較好；底板多以泥巖、粉砂質泥巖為主，強度較低，局部易產生底鼓現象。井田工程地質勘探類型可劃分為三類一型，即層狀巖類簡單型礦床。

1.2開采范圍

工作面煤層底板標高為835m～ 865m，地面標高為1213m～1230m。工作面推進長度3625m、工作面長279.5m。

1.3煤層賦存特征

1.3.1煤層賦存條件

工作面煤層傾角0～1°，平均傾角0.7°；煤層厚度2.84m～5.28m，平均厚度4.7m。

1.3.2煤質及頂底板情況

煤質情況：顏色為黑色，瀝青光澤為主，油脂光澤次之，以亮煤為主，次為半亮、半暗煤，部分暗淡、夾炭質泥巖。內生裂隙不甚發育，裂隙被方解石脈或黃鐵礦薄膜充填。

頂底板特征：直接頂為灰白色中厚層狀中粒砂巖及薄層狀粉砂巖，含白云母碎片及暗色礦物，分選性較差，次棱角狀，硬度中等。老頂下部位為灰綠色中粒砂巖，上部為灰綠色薄層狀粉砂巖，加有2.7m厚的灰白色厚層狀粗粒砂巖，緩坡狀層理。底板大部分地段為泥巖，強度較小，砂巖次之，強度較大。除局部地段巖質較軟，強度較小，易產生底鼓現象外，一般穩定性較好。

1.4配套設備（表1）

1.5工作面布置圖（圖1）

表1　

2.液壓支架礦山使用情況

ZY12000/28/58D型液壓支架，于2014年4月15日開始投入使用（井下安裝使用165架），2014年5月6日、5月23日和6月8日，工作面周期來壓時出現了部分支架壓死并伴有高射支護狀態，致使掩護梁蓋板和頂梁柱窩焊縫出現不同程度的裂紋。截至2014年12月30日，掩護梁蓋板開焊或開裂的支架共81臺，頂梁柱窩焊縫出現裂紋的支架共94臺。

3.液壓支架損壞原因分析

3.1工作面初次來壓強度大。工作面直接面對基本頂時，頂板完整性較好，造成采空區懸頂。當懸頂垮落時，頂板采空區一頭著地以后，另一頭仍然壓在支架上直至頂板完全落地。造成支架較長時間承受頂板壓力，容易造成支架損壞；

3.2礦壓顯現劇烈，支架支護能力偏小。

根據周期來壓顯示，50#～120#支架（壓力集中區）瞬間壓力達到了52MPa～55MPa，通過提高立柱安全閥調定壓力到48MPa（支架工作阻力相當于達到13300kN），周期來壓時支架出現高射狀態明顯減少，立柱卸載讓壓回縮量也明顯減少，基本達到了支架正常工作時的泄壓立柱回縮狀態，支架的工作姿態與支頂護頂能力明顯得到加強。所以，可初步判斷支架能力偏小。

3.3沖擊礦壓較大，支架易打高射，使頂梁與掩護梁在175°時機械限位形成剛性組合梁，導致掩護梁在沖擊壓力下易掰裂。

3.4支架焊接質量存在一定問題。從現場支架損壞現象看，損壞均是焊縫先開裂，且裂口存在熔深不夠現象。

4.提高支架適應能力措施

4.1提高支架主動支撐能力：將泵站壓力由315bar提高到330bar，電控自動補償壓力值由252bar調整到300bar。

4.2提高采煤速度：工作面周期來壓臨近時，調整支架姿態，使頂梁處于近水平位置，保證支架受力良好，通過提高采煤速度與移架速度，迅速通過壓力區。

4.3支架保持合理的支護高度：該套支架受力優化區段的支撐高度為4.0m～5.5m。在此狀態下，支架支護能力可得到充分的發揮。

結語

（1）提高支架的工作阻力，保證可靠的支護能力。

（2）適當加大平衡千斤頂缸徑，優化參數，避免出現頂梁“高射炮”現象。

（3）優化支架結構參數、選材和焊接工藝保證措施，提高液壓支架結構可靠性。

（4）完善支架支護質量工況監測和預警系統設計。

（5）煤礦進一步開展工作面圍巖物理力學參數測定、礦壓觀測、礦壓規律分析和頂板控制技術研究。

（6）根據綜采工作面圍巖條件，研究制定工作面初次強制放頂參數和實施方案，對放頂效果進行監測，控制工作面懸頂面積，確保初次放頂效果。

［1］王國法.液壓支架技術［M］.北京：煤炭工業出版社，1999.

［2］趙宏珠.綜采面礦壓與液壓支架設計［M］.徐州：中國礦業學院出版社，1987.

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