液壓支架立柱自動(dòng)補(bǔ)壓控制頂板技術(shù)研究

鄭耀東 陳泓旭

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán) 紅柳煤礦，寧夏 靈武750411)

紅柳煤礦是神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)鴛鴦湖礦區(qū)的大型礦井，井田面積79.55km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8M/a，服務(wù)年限99a。目前開采2# 煤層，全區(qū)發(fā)育，層位穩(wěn)定，大部可采，平均厚度4.91m，頂板是以砂巖和泥巖為主的復(fù)合型頂板，遇水易變軟泥化，且煤層節(jié)理發(fā)育完全，在回采工程中片滑現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致工作面頂板管理困難，影響著煤炭質(zhì)量和安全生產(chǎn)。 通過對已回采完的I010201、I010202 綜采工作面在回采過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)分析，并對軟巖條件下煤層頂板控制問題進(jìn)行相關(guān)探討，對中等穩(wěn)定及破碎頂板來說，支撐力不足時(shí)不能有效控制上覆巖層的離層，是產(chǎn)生頂板事故和設(shè)備事故的主要原因。 針對支架支撐力不足的情況，對電液控進(jìn)行深層研究后， 實(shí)現(xiàn)了I030201 大采高綜采工作面動(dòng)態(tài)條件下立柱自動(dòng)補(bǔ)壓功能，有效減少了偽頂脫落、頂板破碎和煤壁片幫。

1 支撐力不足原因分析

支架的使用，要考慮的因素很多，從礦山壓力控制角度講， 基本原則就是支架支撐力分布應(yīng)與頂板壓力狀況相適應(yīng)，同時(shí)考慮礦山的地質(zhì)條件、技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件等三方面因素。 工作面支架的首要任務(wù)在于管好頂板，保證安全正常地生產(chǎn)。 因此，支架在各種頂板條件下，應(yīng)能有效地防止壓壞、壓死支架、冒頂、倒架等頂板事故的發(fā)生。 顯然，為達(dá)到上述目的，對支架的架型、工作阻力、初撐力、可縮量、防倒性能等均有一定要求，其中支撐力無疑是非常重要的參數(shù)。 支架支撐力不足的原因：

1.1 泵站壓力低

目前乳化液泵站的額定壓力為35MPa。 液壓支架的額定初撐力就是以此為依據(jù)設(shè)計(jì)的。 而在實(shí)際生產(chǎn)中，為便于工作面液壓系統(tǒng)的管理和維護(hù)，防止管道破裂，調(diào)定泵壓都小于設(shè)計(jì)要求值。

1.2 供液系統(tǒng)的壓力損失大

由于移動(dòng)式乳化泵站至工作面的供液距離長 （通常為100-200m），沿程壓力損失大，再加上各種閥件和管接頭的局部壓力損失和回油阻力，以及系統(tǒng)的泄露和膠管彈性變形對壓力能的吸收等因素的影響，即使泵站壓力達(dá)到額定值，到達(dá)液壓支架立柱下腔的液體壓力也不能保證初撐力的要求。

1.3 供液時(shí)間短

為適應(yīng)高產(chǎn)高效工作面的要求， 必須加快支護(hù)速度，這就使支架的升柱時(shí)間短，升柱動(dòng)作結(jié)束后，沒有足夠的時(shí)間來給支柱打壓，即沒有達(dá)到初撐壓力要求就停止供液了。 另外，由于多臺(tái)支架同時(shí)動(dòng)作，主系統(tǒng)壓力短時(shí)間內(nèi)也難以達(dá)到泵站壓力。

1.4 人為因素的影響

在實(shí)際工作中支架操作工常常是頂梁一接觸到頂板就停止供液， 使立柱不能獲得足夠的初撐力而處于 “等勁”狀態(tài)。

因此，復(fù)雜地質(zhì)條件下，尤其對中等穩(wěn)定及破碎頂板來說， 回采過程中如何使支架達(dá)到足夠的支撐力并均勻的分布，對頂板管理具有重大意義，保證安全生產(chǎn)。

2 提高支撐力的途徑

2.1 提高供液壓力

提高立柱的供液壓力可以從三方面著手，即提高泵站壓力，減少管路系統(tǒng)壓力損失和加設(shè)增壓設(shè)備。 目前所使用的乳化液泵站的最大額定壓力為37MPa， 增壓不存在問題，I030201 綜采工作面將泵站原來設(shè)定的壓力31.5MPa 已調(diào)整至33MPa，但壓力升高，在檢修和生產(chǎn)過程中需要加強(qiáng)對泵站的維護(hù)管理，系統(tǒng)的高壓膠管和密封裝置的耐壓性能將面臨挑戰(zhàn)。 減少管路系統(tǒng)壓力損失包括減少沿程壓力損失和局部壓力損失兩部分，在泵站流量一定的情況下，減少沿程壓力損失應(yīng)增大管徑，降低流速和縮短管長；減少局部壓力損失就應(yīng)采用大流量的閥件，避免液流截面的突然變化，減少管道的彎曲等。 以上兩種方法都對管件和閥件提出了更高的要求，目前所使用的主進(jìn)、回液管路以Φ51 高壓膠管為主，繼續(xù)提高高壓膠管管徑在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益上都存在一定困難，可行性不高。 加設(shè)增壓設(shè)備，目前增壓器增壓系統(tǒng)具有自動(dòng)補(bǔ)液和增壓兩個(gè)功能， 適用于在供液系統(tǒng)壓力不高的情況下，使支架達(dá)到初撐壓力要求。

2.2 保證供液時(shí)間

在供液系統(tǒng)壓力能夠確保初撐壓力的前提下，支撐力的不足多數(shù)是因?yàn)楣┮簳r(shí)間太短，液壓支架的發(fā)展，是采高不斷增加，立柱不斷增高、增大，由低壓增加到支撐壓力所需時(shí)間增長，而生產(chǎn)過程中為了追機(jī)移架，加快支護(hù)速度，而沒有足夠的時(shí)間來保證初撐壓力。

2.3 消除人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)初撐力的即時(shí)保證

操作人員在井下工作時(shí)， 由于主觀原因造成初撐力不足是存在的，對于中等穩(wěn)定及破碎頂板來說，為防止頂板的早期離層， 一般要求每臺(tái)支架的初撐力及時(shí)達(dá)到且均勻一致。

通過對上述途徑的分析， 結(jié)合I030201 綜采工作面的地質(zhì)條件、技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件等三方面因素，調(diào)試電液控自動(dòng)補(bǔ)壓功能在現(xiàn)階段條件下， 能用最少的成本達(dá)到最大的效益，管好工作面頂板，保證安全正常地生產(chǎn)。

3 液壓支架立柱自動(dòng)補(bǔ)壓的應(yīng)用

3.1 啟用電液控的自動(dòng)補(bǔ)壓功能后， 控制器在正常情況下，會(huì)定時(shí)檢測支架立柱壓力， 立柱的支撐過程中如因某種原因發(fā)生壓力降落，當(dāng)壓力降至某一設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行升柱，補(bǔ)壓到規(guī)定壓力，并可執(zhí)行多次，保證支護(hù)質(zhì)量。

（1）補(bǔ)壓下限

（2）補(bǔ)壓上限

（3）初撐壓力

單次時(shí)間——一次補(bǔ)壓的最大時(shí)限

補(bǔ)壓間隔——兩次補(bǔ)壓的時(shí)間延遲

補(bǔ)壓時(shí)間——允許補(bǔ)壓的最大時(shí)限

補(bǔ)壓次數(shù)——允許補(bǔ)壓的最大次數(shù)

3.2 對I010201、I010202 和I030201 工作面的礦壓資料進(jìn)行詳細(xì)收集，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)初步分析，確定三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)補(bǔ)壓下限20MPa、補(bǔ)壓上限22MPa 和初撐壓力28MPa。

3.3 在I030201 綜采工作面選取1# 至20# 支架范圍內(nèi)頂板壓力穩(wěn)定，支護(hù)條件可靠的支架做實(shí)驗(yàn)。 因之前無成功經(jīng)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)初步設(shè)定的相關(guān)參數(shù)有欠缺，實(shí)驗(yàn)過程中沒有顯現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)壓過程，初次試驗(yàn)結(jié)果不理想。 再次對現(xiàn)場反復(fù)觀測和檢修、 生產(chǎn)過程中對參數(shù)設(shè)定多次修改， 通過觀察、記錄、分析參數(shù)的變化，電液控立柱自動(dòng)補(bǔ)壓功能試驗(yàn)成功，最終確定了補(bǔ)壓下限18MPa、 補(bǔ)壓上限20MPa 和初撐壓力26MPa 這三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，并修正完善了單次時(shí)間、補(bǔ)壓間隔、補(bǔ)壓時(shí)間和補(bǔ)壓次數(shù)等相關(guān)參數(shù)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了電液控立柱自動(dòng)補(bǔ)壓功能的啟停的快捷鍵。 然后在全工作面逐步實(shí)現(xiàn)了立柱自動(dòng)補(bǔ)壓，保證了支架支撐力，對支撐力實(shí)現(xiàn)均勻的分布發(fā)揮了很大的優(yōu)越性。

4 效益預(yù)測

液壓支架電液控自動(dòng)補(bǔ)壓的應(yīng)用成功，不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且取得了良好的社會(huì)效益。

4.1 實(shí)現(xiàn)工作面支架的自動(dòng)補(bǔ)壓，提高了工作面支護(hù)的可靠性，加強(qiáng)了頂板管理，保證了安全生產(chǎn)。 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)壓后，通過觀測支架支撐力數(shù)據(jù)顯示，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的支架由70%提高到了95%以上。

4.2 實(shí)現(xiàn)工作面支架的自動(dòng)補(bǔ)壓， 自動(dòng)化程度顯著提高，明顯降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境，每班的支架工由原來的7 人減少至5 人。

4.3 提高了綜采工作面單產(chǎn)單進(jìn)的能力，使地質(zhì)條件相對復(fù)雜條件下的安全高效開采技術(shù)水平有了進(jìn)一步的提高，減少了頂板事故的幾率。

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