陽煤一礦大采高工作面液壓支架適用性分析

閻小亮

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦，山西　陽泉　045008）

1　工作面概況

S8310工作面走向長1 084m，可采走向長1 043 m，采長220m，可采儲量180萬t。井下位于南條帶三采區東部，東部為南條帶二采區，南部為二采區S8211工作面（未掘），西部為S8309工作面（未掘），北部為S8308工作面（未掘）。本工作面為實體煤工作面，四周工作面均未回采。

本工作面煤層賦存穩定，結構復雜，煤層總厚度最大6.46m，最小6.35m，平均厚度6.41m，煤層傾角最大12°，最小3°，平均6°；工作面基本頂為灰色石灰巖，厚度11.4m；直接頂為黑色泥巖，厚度0.85m；直接底為灰色泥巖，厚度0.95m；基本底為灰白色細砂巖，厚度5.30m，堅硬，水平層理。

本工作面采用走向長壁大采高一次采全高自動化采煤方法，全部跨落法管理頂板。將采高控制在6.5m。日循環進度5.6m，循環進度0.8m，工作面回采率c=93%，日產量約為11 000 t，服務期限大約6.1個月。

2　液壓支架的計算

大采高綜采液壓支架支護強度確定方法，可從以下兩個方面計算支架的支護強度：

為保證液壓支架的正常工作，其支護強度以滿足最大支護強度為準，S8310工作面煤層采高6.51m，直接頂厚12.5m，由工作面上方0.85m的黑色泥巖、1.95m的石灰巖、3.85m的黑色泥巖、2.55m石灰巖、1.25m黑色泥巖和1.8m的石灰巖組成，隨著工作面的推進而冒落，基本頂為工作面上方厚11.3m的黑色泥巖，黑色致密難冒落，要求支護強度較高。并且結合液壓支架支護強度常用確定方法，可從以下兩個方面計算支架的支護強度。

2.1　用估算法確定支架支護強度

按照這種方法計算時，認為工作面支架工作阻力應大于冒落帶頂板巖層的質量和基本頂失穩時對支架的動載，計算公式為：

式中：Pm為工作面支架所需支護強度，MPa；Kd為基本頂失穩時的動載系數，一般為1.1～1.8，15號煤層基本頂為黑色泥巖，基本頂失穩時對液壓支架工作阻力影響比較大，考慮到S8310工作面為大采高綜采工作面，Kd可適當取較大的安全系數，取1.6；q冒為冒落帶巖層自重應力，q冒=hγ，γ為頂板巖層容重，取25 kN/m3；根據煤層結構，15號煤層基本頂板為黑色泥巖，按中硬頂板考慮，冒落帶高度h范圍為12.25～23.55m，計算取最大值23.55m。

依據以上分析，15號煤層需要的支架強度為：Pm=1.6×25×23.55=942 kN/m2≈0.94MPa。

2.2　按倍數巖重法公式計算

工作面液壓支架支護阻力的巖重法計算公式如下：

式中：n為巖重倍數，一般取4～8，為了考慮最大要求支護要求，取最大值8；hm為采高，取最大值6.51m；γ為上覆巖層容重，25 kN/m2；α為煤層傾角，取平均值6°。

代入數據，qH=8×6.51×25×cos6°=1193 kN/m2=1.29MPa。

根據以上兩種計算方法，并考慮一定的安全系數，可以確定液壓支架的支護強度應不小于1.29 MPa。

3　液壓支架選型及參數

因此在S8310工作面中部選擇采用ZY12000/30/68D型液壓支架，過渡支架選擇采用ZYG12000/26/56D型過渡支架，端頭支護選擇采用ZYD1200/22.5/45D型端頭支架，液壓支架性能參數見下頁表1、表2、表3。

按照理論計算，中部液壓支架支護強度要求不小于1.29MPa，對比中部液壓支架的技術參數表可知，其支護強度可達1.32MPa，大于理論要求的1.29 MPa，從支護強度考慮時，液壓支架符合S8310工作面支護強度要求，并且這類支架的結構件強度高，采高合適。

表1　中部液壓支架主要技術參數

表2　過渡液壓支架主要技術參數

4　支架適用性分析

圖1為統計計算分析而得到的S8310大采高綜采面整面支架循環末阻力分布頻率直方圖。由圖1可以看出，綜采面整面支架循環末阻力主要分布在32～40MPa范圍內，占統計循環數的65.38%，見表4。

支架循環末工作阻力分析：循環末工作阻力大多分布在8 659～11 202 kN之間，占總數的65.38%，小于8 659 kN的占26.93%，大于11 202 kN的占7.69%。總體來說，支架支撐能力比較適中，特別在頂板來壓時，大多數支架都接近額定工作阻力。

表3　端頭液壓支架主要技術參數

圖1　S8310工作面整面支架循環末阻力分布頻率

根據陽煤一礦S8310大采高綜采面三機說明書對工作面支架的描述，可知當支架達到額定工作阻力12 182 kN時，立柱載荷約為43.5MPa。從安全的角度出發，工作面支架的工作阻力應該有15～20%的富裕，所以，選用11 771～12 182 kN/架的工作阻力是合理的。

綜上分析可知，工作面支架選型較合理，基本能滿足工作面的支護要求。但考慮到工作面支架立柱循環工作阻力大部分小于額定工作阻力，雖然大部分支架的循環末阻力最大值沒有超出額定工作阻力，但個別支架的循環末阻力達到了額定工作阻力的90%以上，甚至達到額定值，表明工作面有時來壓比較劇烈且來壓動載系數較高。從綜采面整體上看，支架工作阻力基本上得到了充分發揮，但還需加強綜采面支護質量管理，特別是在綜采面開采過程中對支架初撐力的管理，并要及時調節支架的受力狀態，以確保綜采面支架的正常運行。

表4　S8310工作面整面支架循環末阻力分布頻率統計表

5　結語

通過對陽煤一礦S8310大采高綜采面液壓支架進行支護阻力觀測，對工作面現用液壓支架的適應性進行評估分析，掌握支架對頂板的支撐效果，為設計合理的支護參數和改進工作面支護質量提供理論依據。