大采高綜放工作面液壓支架適應(yīng)性分析

王潤軍

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為240萬t/a，現(xiàn)開采煤層為22#煤層，屬石炭二疊紀(jì)煤層，平均厚度為12m，井田內(nèi)共分東、南和北盤區(qū)。105工作面位于井田南盤區(qū)東翼，工作面走向長度為1790m，傾向長度為233m，工作面平均回采煤層厚度為9m。工作面直接頂主要以粉砂巖與炭質(zhì)泥巖混合層為主，巖石脆性大，呈鱗狀結(jié)構(gòu)，平均厚度為4.5m，在構(gòu)造應(yīng)力及回采壓力的影響下該巖石層極不穩(wěn)定，易垮落。105工作面采用綜合機(jī)械化走向長壁后退式大采高低位放頂煤回采工藝。工作面采用ZF13000/25/38型液壓支架。

1 105工作面頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

1.1 ZF13000/25/38型液壓支架參數(shù)

105工作面穩(wěn)裝的ZF13000/25/38型液壓支架參數(shù)如表1所示。

表1 ZF13000/25/38型液壓支架參數(shù)

1.2 液壓支架布置方式及工作阻力觀察

（1）105工作面回采期間共安裝130架，其中機(jī)頭和機(jī)尾各三架端頭支架型號(hào)為 ZFZ2000/28.5/42，中間架124組型號(hào)為ZF13000/25/38。

（2）105工作面回采期間采用型號(hào)為CDW-60支架壓力記錄儀對支架壓力進(jìn)行采集，每隔20架安裝一臺(tái)支架壓力記錄儀，每班安排專職人員對記錄儀數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并上傳到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)。

2 105工作面礦壓實(shí)測結(jié)果分析

105工作面自安裝CDW-60支架壓力記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集觀測，直至觀測結(jié)束共計(jì)用了4個(gè)月，工作面推進(jìn)距離為570m，通過對觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)105工作面礦壓顯現(xiàn)具有以下特點(diǎn)。

（1）基本頂來壓規(guī)律。隨著105工作面回采推進(jìn)，工作面采空區(qū)頂板暴露面積逐漸增大，工作面頂板壓力也隨之增大。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)105工作面初次來壓時(shí)，靠近工作面中部及輸送機(jī)機(jī)頭部壓力相對較大，平均循環(huán)阻力達(dá)到9700kN，達(dá)到液壓支架額定工作阻力的74.6%，整個(gè)工作面初次來壓步距為35m。

（2）頂板周期來壓規(guī)律。通過安裝的支架壓力記錄儀測出數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，105工作面周期來壓步距為25m，在周期來壓期間9#、18#、78#、112#支架工作阻力相對均勻，平均阻力為7400kN；而5#、123#支架在周期來壓時(shí)工作阻力相對較大，平均阻力為9112kN，從實(shí)測數(shù)據(jù)整體上看，工作面支架平均阻力為6340kN，是支架額定阻力的48.7%，由此可見ZF13000/25/38型液壓支架滿足生產(chǎn)需要。

（3）頂板垮落特性。通過觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，105工作面頂板垮落特性與工作面推進(jìn)速度相關(guān)，隨著工作面推進(jìn)速度加大，工作面頂板垮落步距也隨之加大，當(dāng)工作面推進(jìn)速度在3.5～5.5m/d時(shí)，頂板存在長度為2m的暴露懸頂，且通過頂板觀察儀器對基本頂觀察發(fā)現(xiàn)，在周期來壓時(shí)上下位基本頂斷裂的時(shí)間基本一致，且斷裂線位置超前煤壁2.5m左右，隨推進(jìn)速度的增加，頂板離層破壞范圍越小。

（4）105工作面回采速度6m/d，工作面推進(jìn)速度快，所以當(dāng)工作面出現(xiàn)周期來壓時(shí)，工作面能夠快速擺脫壓力影響，大大縮短了來壓影響時(shí)間及影響范圍。由于工作面平均周期來壓步距為25m，工作面每隔四天將出現(xiàn)一次周期來壓，工作面周期來壓相對頻繁。

（5）通過數(shù)據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)105工作面在周期來壓時(shí)動(dòng)載系數(shù)相對較小，同時(shí)在工作面遇特殊地質(zhì)構(gòu)造如斷層、節(jié)理、裂隙時(shí)，周期來壓影響范圍及強(qiáng)度相對較大。

3 液壓支架承載特性及初撐力分析

3.1 105工作面液壓支架承載特性

（1）ZF13000/25/38型支架立柱升降特性。根據(jù)支架壓力記錄儀監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，工作面在周期來壓時(shí)90%以上的液壓支架立柱能夠達(dá)到一次性增阻狀態(tài)。105工作面推進(jìn)速度相對較快，支架立柱能夠隨頂板下沉及時(shí)增大阻力，有利于頂板穩(wěn)定性。

（2）支架增阻特性。當(dāng)105工作面推進(jìn)速度加大時(shí)，液壓支架一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間將會(huì)縮短，支架初撐力加大時(shí)循環(huán)增阻量也隨之加大，所以保持支架具有足夠的初撐力，可有效提高支架支護(hù)性能。

3.2 105工作面液壓支架初撐力分析

（1）通過105工作面現(xiàn)場對支架初撐力觀察發(fā)現(xiàn)，工作面ZF13000/25/38型支架初撐力未達(dá)到預(yù)期效果，工作面機(jī)頭、機(jī)尾段支架初撐力相對較大，平均值為9300kN，而中部支架初撐力平均低于8500kN，工作面整體支架平均支撐力相對降低。

（2）根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況確定了105工作面液壓支架初撐力不符合設(shè)計(jì)要求主要有以下幾方面原因：①工作面乳化液泵壓力不符合要求，同時(shí)在移架推溜時(shí)液壓管出現(xiàn)斷裂漏液現(xiàn)象嚴(yán)重；②升架時(shí)間相對較短，造成支架立柱未升到位，支架不接頂或接頂不嚴(yán)實(shí)。

4 結(jié)語

（1）105工作面液壓支架受力統(tǒng)計(jì)分析可看出，ZF13000/25/38型支架初撐力及工作阻力富裕系數(shù)較大，能滿足頂板支護(hù)需要。

（2）工作面周期來壓期間，支架初撐力有時(shí)未達(dá)到設(shè)計(jì)效果，主要原因是由于設(shè)備零部件損壞造成的，與支架初撐力設(shè)計(jì)無關(guān)。

（3）通過礦壓數(shù)值處理分析得出，105工作面超前支承壓力影響范圍在30～42.5m之間，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，超前距離應(yīng)確定為55m。