薄煤層綜采工作面液壓支架監(jiān)測(cè)與管理

摘要：文章根據(jù)薄煤層綜采工作面液壓支架的現(xiàn)場(chǎng)管理經(jīng)驗(yàn)，分析了液壓支架歪斜、倒架、擠架等失穩(wěn)的因素，并提出了控制液壓支架失穩(wěn)等的措施，結(jié)合支架壓力紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)薄煤層工作面液壓支架初撐力、工作阻力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，得出了該工作面初次來壓和周期來壓步距，為薄煤層液壓支架的管理提供了指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：薄煤層；液壓支架；壓力監(jiān)測(cè)；周期來壓

中圖分類號(hào)：TD355.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—8937（2012）23—0165—02

綜采液壓支架是綜采工作面的大型裝備，數(shù)量多且管理困難，在工作面推進(jìn)過程中經(jīng)常遇到歪斜、倒架、擠架等失穩(wěn)現(xiàn)象，造成整個(gè)工作面條件惡化，使得工作面推進(jìn)困難，不得不投入大量時(shí)間和精力去調(diào)整，如果調(diào)整不當(dāng)，將嚴(yán)重影響工作面安全生產(chǎn)和高產(chǎn)、高效。薄煤層綜采受工作面布置、煤層厚度、斷層等條件以及管理因素的影響，支架支護(hù)性能低，且隨著工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度的不斷增加，液壓支架初撐力、工作阻力往往達(dá)不到要求，進(jìn)一步增加了支架的管理難度。本文分析了薄煤層綜采工作面液壓支架管理遇到的常見難題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)管理經(jīng)驗(yàn)，研究了液壓支架倒架、擠架、調(diào)斜產(chǎn)生的原因，并提出了提高液壓支架管理水平的具體措施。此外，采用紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)液壓支架初撐力、工作阻力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，通過數(shù)據(jù)分析，初步確定了工作面周期來壓步距，為控制支架支護(hù)性能的穩(wěn)定提供了理論指導(dǎo)。

1 工程概況

該礦井薄煤層可采區(qū)域含煤面積約占全井田的71%，儲(chǔ)量為58.03 Mt，約占礦井總儲(chǔ)量的15%，煤層位于山西組中、下部，平均厚度1.37 m，不穩(wěn)定系數(shù)為5.09，屬不穩(wěn)定型煤層，且該煤層為典型的“三軟”煤層，頂板松軟、煤壁松軟、底板松軟，煤壁對(duì)頂板支承力差，工作面易發(fā)生片幫、漏冒，工作面支護(hù)較難管理。目前該礦井已回采完3個(gè)薄煤層工作面，正在回采的31118工作面走向長(zhǎng)度944 m，傾斜長(zhǎng)度195 m，平均煤厚1.56 m，最小煤厚0.10 m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，老頂為香炭砂巖，平均總厚度為13 m，直接底為砂質(zhì)泥巖，老底為大占砂巖，平均總厚度為18.6 m，煤層整體呈單斜構(gòu)造，局部底板起伏較大。工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板，工作面支護(hù)采用ZY3400/12/23型掩護(hù)式液壓支架，共計(jì)129架，端頭支護(hù)采用整體頂梁液壓支架，工作面液壓系統(tǒng)由乳化液泵站提供動(dòng)力，型號(hào)為：BRW315/31.5，額定壓力31.5 MPa。

液壓支架主要技術(shù)參數(shù)為：支護(hù)展開高度2 300 mm，收縮高度1 200 mm，額定工作阻力（P=40.4 MPa）3 400 kN，初撐力（P=25 MPa）2 616 kN，平均支護(hù)強(qiáng)度0.4～0.48 MPa，對(duì)底板前端平均比壓0.97～1.63 MPa，支架中心距1 500 mm，適應(yīng)工作面的傾角：≤15°，支架寬度最大（伸出側(cè)護(hù)板）1 600 mm，最小（收回側(cè)護(hù)板）1 430 mm，移架步距600 mm，操作方式為鄰架手動(dòng)操作，及時(shí)支護(hù)。

2 液壓支架失穩(wěn)的原因及對(duì)策

2.1 引起支架失穩(wěn)的因素

根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果和已回采的薄煤層工作面經(jīng)驗(yàn)，液壓支架支護(hù)的穩(wěn)定性主要受以下幾方面的影響：

①工作面傾角影響。由于工作面均采用走向偽傾斜布置，即運(yùn)輸巷（下付巷）標(biāo)高低于回風(fēng)巷（上付巷）標(biāo)高，受工作面傾角的影響，支架在拉移過程中必然受重力的作用，存在自然下滑的趨勢(shì)。

②工作面刮板輸送機(jī)影響。液壓支架與工作面刮板輸送機(jī)通過推溜油缸、推桿、十字頭等連接，互為基礎(chǔ)前后推拉，在工作面推進(jìn)過程中，一但輸送機(jī)出現(xiàn)了上竄下滑的趨勢(shì)，勢(shì)必帶動(dòng)支架發(fā)生歪斜，相互擠壓，甚至傾倒。

③頂板垮落的影響。由于采用全部垮落法管理采空區(qū)，工作面推進(jìn)后，支架尾部受到的頂板壓力相對(duì)于支架前段減少，移架時(shí)極易造成支架尾部下擺，底座前段則相對(duì)上擺，同時(shí)，采空區(qū)跨落的煤巖在重力作用下向采空區(qū)下段滾落，將加大對(duì)支架尾部向下的沖擊。

④移架操作影響。工作面采用跟機(jī)移架的方式，在拉移過程中易受人為因素的影響，如伸縮梁未及時(shí)伸出而引起煤墻片幫、架前冒頂，拉架后支架超高、過低引起架間漏冒，使得支架不再接頂、架間受力不均，這些因素都將加劇支架間的擠、咬甚至倒架、死架的發(fā)生。

⑤其他因素影響。工作面液壓系統(tǒng)特別是長(zhǎng)距離供液壓力損耗、乳化液濃度不合格、管路密封及閥組損壞引起的漏液竄液、操作時(shí)供液不足等，使得支架初撐力往往達(dá)不到要求，導(dǎo)致支架支護(hù)性能及穩(wěn)定性降低。此外，工作面在回采過程中遇到斷層、鉆場(chǎng)、老巷等工程地質(zhì)條件變化時(shí)，尤其是遇到直接頂初次跨落、老頂初次來壓和周期來壓時(shí)，支架也極易失穩(wěn)甚至被壓死。

2.2 處理液壓支架失穩(wěn)的措施

該礦井薄煤層工作面傾角在1°～16°之間，僅局部有較大起伏，由于支架本身的穩(wěn)定性，其下滑力不足以對(duì)其造成較大的傾倒，因此，現(xiàn)場(chǎng)采用的措施主要有以下幾個(gè)方面：

①控制工作面?zhèn)涡绷俊９ぷ髅鎮(zhèn)涡绷靠刂撇划?dāng)引起刮板輸送機(jī)上竄下滑的趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)立即采取措施調(diào)整，可通過機(jī)尾、機(jī)頭加刀來增加或減少工作面?zhèn)涡绷?，控制住輸送機(jī)的竄動(dòng)，同時(shí)利用側(cè)護(hù)板、單體柱及抬底座油缸及時(shí)調(diào)整支架方向。

②加強(qiáng)移架等現(xiàn)場(chǎng)管理。支架工必須嚴(yán)格執(zhí)行帶壓擦頂移架，采煤機(jī)過后及時(shí)伸出伸縮梁，移架后持續(xù)注液保證支架初撐力合格；采煤機(jī)司機(jī)、推溜工應(yīng)嚴(yán)格按照正規(guī)循環(huán)方式作業(yè)，保證工作面煤壁和運(yùn)輸機(jī)平直，改善工作面支護(hù)條件，減少支架尾部受到采空區(qū)煤巖的沖擊作用。

③加強(qiáng)液壓系統(tǒng)管理。必須保證乳化液配比濃度合格，檢修工要及時(shí)更換損壞的管路、接頭、密封等元件，及時(shí)處理油缸、閥組等支架故障，架間的浮煤必須清理干凈，避免液壓管路長(zhǎng)期暴露在惡劣的環(huán)境下，從而減少支架拉移時(shí)底座的受力不均。

3 液壓支架監(jiān)測(cè)分析

3.1 壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采用KBJ紅外礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)薄煤層工作面液壓支架進(jìn)行了同步監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)由壓力監(jiān)測(cè)記錄儀、紅外傳輸數(shù)據(jù)采集儀、紅外通訊適配器、數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成，壓力監(jiān)測(cè)記錄儀有兩個(gè)壓力測(cè)孔，通過液壓管路與支架立柱相連，每個(gè)采面安設(shè)有10～14塊壓力監(jiān)測(cè)記錄分機(jī)，每隔5 min自動(dòng)記錄1次支架壓力數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集儀收集監(jiān)測(cè)分機(jī)的數(shù)據(jù)，傳至地面上通過紅外通訊適配器將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)處理，如圖1所示。

3.2 支架受力及工作面礦壓規(guī)律分析

在31118薄煤層綜采工作面回采過程中，從工作面端頭液壓支架起每隔10架安裝一臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)記錄儀，共布置14臺(tái)，自2012年2月5日～2012年6月1日，監(jiān)測(cè)得到了支架的初撐力和末阻力數(shù)據(jù)，部分初撐力數(shù)據(jù)如圖2所示，根據(jù)工作面日推進(jìn)度，對(duì)監(jiān)測(cè)的支架末阻力數(shù)據(jù)通過時(shí)間加權(quán)處理，得到了隨工作面推進(jìn)的液壓支架整體末阻力變化曲線，如圖3所示。

由圖可知，實(shí)測(cè)支架平均初撐力12.11 MPa，最大初撐力為52.42 MPa，初撐力不足10 MPa的約占30%。為降低液壓系統(tǒng)的負(fù)荷便于維護(hù)，液壓泵站壓力一般為

20 MPa，因此，支架初撐力多未達(dá)到額定值80%的標(biāo)準(zhǔn)，支架初撐力普遍較低，僅在來壓期間較高。支架末阻力加權(quán)平均值為20.57 MPa，最大值為54.04 MPa，支架安全閥開啟值設(shè)置為40 MPa，開啟率低，說明工作面來壓時(shí)支架工作阻力總體達(dá)到要求。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和圖2可知，該薄煤層工作面初次來壓步距為8 m，基本頂來壓步距25 m，周期來壓步距平均為18 m，工作面來壓期間，支架工作阻力突然增大，工作面容易發(fā)生片幫、冒頂事故，支架容易被壓死。因此，當(dāng)工作面推進(jìn)到周期來壓步距的倍數(shù)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)工作面頂板管理，必須保證支架有足夠的初撐力，使支架處于良好的工作狀態(tài)。

4 結(jié) 語

通過對(duì)薄煤層綜采工作面液壓支架失穩(wěn)原因的分析，在已回采的薄煤層工作面和31118工作面中，通過控制工作面?zhèn)涡绷?，降低了運(yùn)輸機(jī)對(duì)支架失穩(wěn)的影響，采取加強(qiáng)移架、液壓系統(tǒng)維護(hù)等現(xiàn)場(chǎng)管理的措施，能夠較好地改善支架初撐力不足、穩(wěn)定性差等問題，根據(jù)液壓支架壓力監(jiān)測(cè)的分析，在工作面推進(jìn)到18 m的倍數(shù)時(shí)，支架受力將大幅增加，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)工作面頂板管理，保證充分發(fā)揮液壓支架的支護(hù)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王文星，張旭，杜春玲，等.基于薄煤層綜采工作面支架控制單元的研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2008，（6）.