ZF5800兩柱式支架在放頂煤工作面的實踐

張立強(qiáng)

（山西陽煤集團(tuán)開元公司，山西晉中 045400）

1 煤層地質(zhì)情況

1.1 煤層結(jié)構(gòu)特征

15#煤層在太原組的下部，該煤層厚度最厚處達(dá)9.03 m，最小處4.77 m，均厚6.91 m，夾矸層數(shù)1～4層，矸石厚度范圍0.1～1.0 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在礦井有效范圍內(nèi)，其可采性指數(shù)為1，該煤層變異系數(shù)是13.30%，煤層穩(wěn)定。

1.2 煤層頂?shù)装鍘r性

基本頂：巖層為石灰?guī)r，厚度約為12.7 m，呈灰色，質(zhì)地密實，硬度較高，存在裂隙，裂隙中存在方解石、動物化石、夾雜黑色泥巖層。直接頂：巖層為泥巖，厚度約為0.85 m，呈黑色，質(zhì)地密實，脆性較高。直接底：巖層為泥巖，厚度約為0.95 m，呈灰色，存在植物化石。基本底：巖層為細(xì)砂巖，厚度約為5.3 m，呈灰白色，硬度較高，紋理層水平狀。

2 8711工作面概況

2.1 8711工作面主要技術(shù)參數(shù)

工作面長度563 m，傾斜長149.5 m，煤層厚5.06～7.72 m，平均厚6.12 m，開采儲量494 728.9 t。該煤層傾斜角度最大值約9°，最小值約1°，均值5°。綜采放頂煤液壓支架使用ZF5800兩柱式支架，額定初撐力26 MPa，額定工作阻力38 MPa，支護(hù)強(qiáng)度1 MPa，支架數(shù)量68架。

2.2 巷道布置及斷面特征

該工作面采用一進(jìn)兩回開切巷加走向高抽巷的方式布置。其中進(jìn)風(fēng)巷（5.1 m×2.9 m）、回風(fēng)巷（4.1 m×2.9 m）、切巷（8.0 m×2.6 m）沿15#煤下層布置，內(nèi)錯尾巷沿15#煤層頂板布置，走向高抽巷沿11#煤層頂板布置。

3 工作面礦壓觀測方案

3.1 支架內(nèi)部受力觀測

8711工作面支架安裝有KJ653煤礦頂板動態(tài)監(jiān)控與礦山壓力可視化分析專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由四部分組成：監(jiān)測主站、監(jiān)測分站、工作面支架壓力表和可視化專家分析系統(tǒng)（地面）。工作面支架壓力表采集數(shù)據(jù)，通過無線傳輸至設(shè)備列車處的監(jiān)測分站，監(jiān)測分站通過預(yù)先敷設(shè)的專用線路將數(shù)據(jù)傳輸至采區(qū)配電室內(nèi)的監(jiān)測主站，監(jiān)測主站通過一條專用的電話線將數(shù)據(jù)傳輸至地面可視化專家分析系統(tǒng)，通過采集來自井下兩柱式支架控制器的數(shù)據(jù)和參數(shù)，可實現(xiàn)隨時調(diào)用和顯示數(shù)據(jù)及參數(shù)，以監(jiān)視兩柱式支架的動作情況，分析支架的初撐力、阻力等[2]。

3.2 液壓支架立柱阻力觀測

工作面監(jiān)測點布置要有代表性，可反映全部工作面的實際狀況。參考礦壓值合理布置監(jiān)測點，間隔布置監(jiān)測站，觀測線為各監(jiān)測站內(nèi)兩柱式支架[3]。

8711工作面礦壓觀測站布置：沿工作面自上而下布置三個測區(qū)（上部、中部、下部），共安設(shè)YHY-60型礦壓觀測表10塊：上部（3#、10#、17#）、 中 部 （24#、 31#、 38#、 45#）、 下 部（52#、59#、63#）。數(shù)據(jù)采樣周期為5分鐘/次，以觀測兩柱式支架的初撐力、阻力。為了充分掌握頂板的運動規(guī)律，以工作面試生產(chǎn)為觀測起始點，工作面回采結(jié)束為結(jié)點，通過分析數(shù)據(jù)掌握頂板運動情況。

4 綜采（放）工作面礦壓觀測數(shù)據(jù)及分析

4.1 8711工作面頂板運動規(guī)律分析

開始時間：2013年03月29日，結(jié)束時間：2013年04月18日。觀測期內(nèi)工作面推進(jìn)距離共計100 m，各個液壓支架整架工作阻力如圖1所示。

4.2 頂板來壓步距判斷及來壓強(qiáng)度確定

根據(jù)液壓支架工作阻力監(jiān)測數(shù)據(jù)和頂板巖層強(qiáng)度，工作面直接頂初次垮落步距為3.43 m；直接頂懸頂距為0 m。為直接垮落方式。8711工作面首次來壓步距：基本頂28.14 m，上端頭基本頂均值27.132 m，中部基本頂均值27.909 m，下端頭基本頂均值29.988 m。壓步距最大值約30.2 m，最小值約為4.7 m，均值13.4 m，來壓周期均值3天。工作面上端頭周期來壓步距均值12.92 m，中部周期來壓步距均值13.29 m，下端頭周期來壓步距均值14.28 m。

基本頂來壓強(qiáng)度的大小通過動壓系數(shù)來觀測，通過對兩柱式液壓支架阻力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，該工作面動壓系數(shù)為1.1，強(qiáng)度屬于緩和狀。

5 支架支護(hù)阻力及支護(hù)強(qiáng)度的評價

5.1 支架合理支護(hù)強(qiáng)度計算值

通過對該工作面基本頂破斷結(jié)構(gòu)特征分析計算，需要支架支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到863.83 kN/m2；ZF5800兩柱式支架，支護(hù)強(qiáng)度1 MPa，符合要求。

5.2 支架工作阻力評價

5.2 .1支架初撐力評價

8711工作面采煤工作面支架初撐力如表1所示，初撐力實測值分布區(qū)間圖如圖2所示。

表1 8711工作面采煤工作面支架初撐力

圖2 初撐力實測值分布區(qū)間 （單位：MPa）

兩柱式支架初撐力均值20.9 MPa，最高初撐力是33.3 MPa（最大值占整個支護(hù)阻力區(qū)間的 1.12%）。ZF5800兩柱式支架，額定初撐力26 MPa，說明支架初撐力略高。

5.2.2 支架循環(huán)末工作阻力評價

8711工作面采煤工作面循環(huán)末工作阻力如表2所示，循環(huán)末工作阻力實測值分布區(qū)間圖如圖3所示。

兩柱式支架，循環(huán)末工作阻力均值24.04 MPa，循環(huán)末工作阻力最高值約38.83 MPa（最大值占整個支護(hù)阻力區(qū)間的5.82%）。ZF5800兩柱式支架，額定工作阻力38 MPa。可見，該類型支架適合當(dāng)前工況。

5.2.3 時間加權(quán)平均工作阻力評價

分析數(shù)據(jù)見表3、分布區(qū)間見圖4。

表2 8711工作面采煤工作面支架循環(huán)末工作阻力

圖3 循環(huán)末工作阻力實測值分區(qū)區(qū)間 （單位：MPa）

表3 8711工作面采煤工作面支架時間加權(quán)平均工作阻力

圖4 時間加權(quán)平均阻力實測值分布區(qū)間 （單位：MPa）

兩柱式支架，時間加權(quán)平均工作阻力均值18.68 MPa，時間加權(quán)平均工作阻力最高值34.77 MPa（循環(huán)末工作阻力最大值占整個支護(hù)阻力區(qū)間的0%），綜采放頂煤液壓支架使用ZF5800兩柱式支架，額定工作阻力38 MPa，說明兩柱式該型號支架支撐頂板是十分可靠的。

6 結(jié)束語

從8711工作面使用ZF5800兩柱式支架試驗情況、實際使用效果看，該支架支護(hù)情況良好，頂板巖層可靠安全。由此可見，兩柱式支架的試用是成功的、值得推廣應(yīng)用。

［1］方新秋，錢鳴高.支架架型對綜放頂板穩(wěn)定性的影響［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2004（05）：581-584.

［2］岑傳鴻.采場頂板控制及監(jiān)測技術(shù)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

［3］唐小鋒.兩柱掩護(hù)式低位放頂煤電液控制液壓支架的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2013（10）：148-150.