ZYB4400型液壓支架在近距離薄煤層工作面適應(yīng)性分析

暴軍偉

（同煤集團(tuán) 云崗礦，山西 大同 037003）

1 14號(hào)煤層地質(zhì)、賦存、開(kāi)采概況

煤峪口礦14號(hào)層408盤(pán)區(qū)工作面屬近距離薄煤層開(kāi)采，煤層賦存較穩(wěn)定，煤層厚變化大，一般為0.07～4.17 m，平均 2.2 m；傾角 1°～3°，與上覆11號(hào)、12號(hào)合并層間為灰白色粉砂巖距，厚度2.86～10.45 m，平均4.39 m。基本頂（老頂）為11號(hào)、12號(hào)層采空冒落部分，平均厚度9 m。盤(pán)區(qū)西翼（上山）開(kāi)采期間煤厚變化不大，支護(hù)采用ZZS-5600/14/28型液壓支架：適應(yīng)煤厚 1.6～2.6 m；支護(hù)強(qiáng)度 0.73～0.98 MPa；初撐力 24.5 MPa（4 810 kN）；工作阻力：28.5 MPa（5 600 kN）泵站壓力：25.5 MPa。盤(pán)區(qū)東翼（下山）開(kāi)采時(shí)煤層厚度變薄，最薄處不足1.4 m，工作面偶有沖刷、夾石。開(kāi)采8818工作面時(shí)，ZZS-5600/14/28型液壓支架在采高上已顯出不適應(yīng)。

從14號(hào)層307盤(pán)區(qū)、410盤(pán)區(qū)現(xiàn)已掘出巷道揭露的煤層來(lái)看，賦存情況不容樂(lè)觀。14號(hào)層煤厚度普遍為0.8～2.3 m，煤厚變化大、賦存極不穩(wěn)定；頂板為粉砂巖，厚2.86～10.45 m；底板巖性為灰色粉砂巖，厚0.45～2.28 m。14號(hào)層與11號(hào)～12號(hào)層間距一般為2.86～10.45m，平均6.45m。為保證14號(hào)層的順利開(kāi)采，支架重新選型迫在眉睫?；赯YB4400/8.5/18液壓支架的適應(yīng)煤厚1～1.6 m；支護(hù)強(qiáng)度0.766 MPa；初撐力31.4 MPa（3 860 kN）；工作阻力 35.7 MPa（4 400 kN）泵站壓力31.4 MPa。支護(hù)強(qiáng)度能否支護(hù)采場(chǎng)頂板，是目前薄煤層開(kāi)采采場(chǎng)支護(hù)急需解決的問(wèn)題。

2 ZY B4400/8.5/18液壓支架的適應(yīng)性分析

2010年10月至2011年4月，煤峪口礦14號(hào)層408盤(pán)區(qū)8816、8814工作面改用ZYB4400/8.5/18液壓支架，需要理論計(jì)算分析和工作面采場(chǎng)支護(hù)實(shí)測(cè)情況。

1）ZYB4400/8.5/18液壓支架主要參數(shù)。支架型號(hào)：兩柱掩護(hù)立即支護(hù)式；支架高度：850～1 800 mm；支架中心距：1 500 mm；適應(yīng)傾角：≤15°；適應(yīng)煤厚：1～1.6 m；初撐力：3 860 kN（P=31.4 MPa）；工作阻力：4 400 kN（P=35.7MPa）；支護(hù)強(qiáng)度：0.766 MPa（H=1 800 mm）；泵站壓力：31.4MPa。

2）ZYB4400/8.5/18液壓支架的工作面實(shí)測(cè)載荷及支護(hù)強(qiáng)度，如表1和表2所示。以平均工作阻力計(jì)，支架載荷及支護(hù)強(qiáng)度均在ZYB4400/8.5/18液壓支架額定值內(nèi)。以瞬時(shí)最大工作阻力計(jì)，支架載荷在工作面中部局部范圍稍大于額定值，支護(hù)強(qiáng)度均在額定值內(nèi)。

表1 8816工作面2010年10月支架初撐力及工作阻力統(tǒng)計(jì)

表2 8814工作面2011年1月支架初撐力及工作阻力統(tǒng)計(jì)

3）ZYB4400/8.5/18液壓支架的支架載荷及支護(hù)強(qiáng)度分析計(jì)算如下：

a.支護(hù)設(shè)計(jì)若用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，支架需承受的載荷應(yīng)為8倍采高的巖石重，即：頂板壓力Q=8×采高×巖石容重×工作面長(zhǎng)度×支架最大控頂距×9.8=8×1.6×2.5×102.5×4.72×9.8=151719.68(kN)。ZYB4400/8.5/18液壓支架最大采高1.6m，8倍采高為12.8m。工作面共穩(wěn)69架ZYB-4400中間支架和2架ZZS-5 600支架。支架承載 F=（151719.68-2×5600）÷69=2 036.5（kN）。顯然，計(jì)算與工作面實(shí)測(cè)支架的工作阻力相差較大。

b.該盤(pán)區(qū)工作面支護(hù)設(shè)計(jì)結(jié)合14號(hào)層上覆11號(hào)、12號(hào)合并層分層開(kāi)采工作面情況進(jìn)行計(jì)算分析。11號(hào)、12號(hào)合并層平均煤厚按8 m計(jì)，上下分層采高均為2.8 m，下分層頂煤厚2.4 m，頂煤回收率按50%計(jì)，則共采出煤厚6.8m。上下分層采出后，直接頂、下位基本頂冒落后填滿(mǎn)采空區(qū)，采空區(qū)下部為松散巖石碎塊，上部為無(wú)序排列并相互咬合的大塊巖石?；卷斠央x層未冒落部分相互咬合形成基本穩(wěn)定的拱形砌體梁結(jié)構(gòu)。若冒落巖石碎脹系數(shù)取1.35，則巖層冒落高度h=6.8÷0.35=19.43 m。所以，11號(hào)、12號(hào)合并層408盤(pán)區(qū)采空區(qū)巖層冒落高度為19.43m。14號(hào)層408盤(pán)區(qū)工作面與上覆11號(hào)、12號(hào)合并層間為灰白色粉砂巖距，厚度2.86～10.45 m，平均4.39 m。以ZYB4400/8.5/18液壓支架計(jì)，則工作面支架承受采場(chǎng)頂板4.39 m未松散巖層及19.43 m巖層松散后的重量,巖石容重取25 kN/m3，分析計(jì)算支架載荷及支護(hù)強(qiáng)度如下：支架載荷F=（19.43+4.39）×支架中心距×（支架最大控頂距）×巖石容重=23.82×1.5×4.81×25=4 297(kN)。支護(hù)強(qiáng)度q=支架載荷/（支架中心距×支架長(zhǎng)度）/1 000=4 297÷（1.5×4.47）÷1000=0.64(MPa)。綜上分析計(jì)算支架載荷及支護(hù)強(qiáng)度與工作面后期開(kāi)采實(shí)測(cè)ZYB4400/8.5/18液壓支架的支架載荷及支護(hù)強(qiáng)度相符，且均在額定值內(nèi)。

4）ZYB4400液壓支架在采場(chǎng)應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：a.工作面開(kāi)采中，必須保證泵站壓力在30 MPa以上，初撐力在24MPa以上，保證與煤壁共同支撐頂板，防止頂板在煤壁前方斷裂，造成支架前傾壓架。b.割煤后要及時(shí)擦頂帶壓移架，保證頂板的完整性及可控的端面距。c.當(dāng)工作面中部支架工作阻力逐步增大并超過(guò)4400kN時(shí)，應(yīng)加快開(kāi)采速度，使直接頂懸板快速斷裂，擺脫支架壓力。d.支架出現(xiàn)瞬時(shí)增阻現(xiàn)象，支架通過(guò)安全閥不斷開(kāi)啟后可卸壓，卸壓后支架活柱下縮，要再次及時(shí)升架，防止頂板在煤壁前斷裂。

5）ZYB4400液壓支架采場(chǎng)的支撐能力綜合分析：a.14號(hào)層408盤(pán)區(qū)工作面沒(méi)有明顯周期來(lái)壓，有瞬時(shí)增阻或工作阻力超過(guò)額定值現(xiàn)象。隨著工作面推進(jìn)，直接頂在支架切頂線(xiàn)后0～3m跨落，直接頂上松散巖體隨著下落。由于松散巖體高度大、采空區(qū)高度小，下落的松散巖體相互擠壓，并未按流體沿斜面下滑。支架切頂線(xiàn)后最大懸頂長(zhǎng)1m左右，機(jī)道頂板利用煤壁與支架共同支撐。b.工作面中部支架最大工作阻力有時(shí)達(dá)到或超過(guò)4400kN，原因分析：11號(hào)、12號(hào)層采空區(qū)上部相互咬合的大塊巖石及基本頂已離層，形成拱形砌體梁結(jié)構(gòu)，隨著直接頂、上松散巖體的冒落及采動(dòng)影響，原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)破壞，隨之快速冒落，形成瞬時(shí)沖擊壓力，支架出現(xiàn)瞬時(shí)增阻現(xiàn)象。當(dāng)直接頂完整性較好時(shí)，支架切頂線(xiàn)后最大懸頂長(zhǎng)度超過(guò)1 m，支架的工作阻力將超過(guò)4 400 kN。支架初撐力不足時(shí)，直接頂在煤壁前斷裂，端面頂板失去煤壁支撐作用，支架實(shí)際控頂長(zhǎng)度加大，支架的工作阻力將超過(guò)4400kN。c.工作面支架沿推進(jìn)方向?qū)嶋H最大承載頂板長(zhǎng)度約為支架長(zhǎng)度，通過(guò)上述分析、支架載荷及支護(hù)強(qiáng)度分析計(jì)算可知，其與工作面實(shí)測(cè)支架載荷及支護(hù)強(qiáng)度相符，能夠承載采場(chǎng)頂板壓力；雖有短時(shí)超載現(xiàn)象，可經(jīng)生產(chǎn)工藝工序進(jìn)行調(diào)整。

3 存在問(wèn)題

ZYB4400/8.5/18液壓支架對(duì)于薄煤層適用性較強(qiáng)，但煤厚超過(guò)1.6 m時(shí)顯示不足。從14號(hào)層307盤(pán)區(qū)、410盤(pán)區(qū)現(xiàn)已掘出巷道揭露的煤層來(lái)看，煤層厚度普遍為0.8～2.3 m，煤厚變化大、賦存極不穩(wěn)定，需要選擇更合適的支架，服務(wù)后面兩個(gè)盤(pán)區(qū)的實(shí)際需要。

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