許海濤，李少剛

(1.華北科技學院，北京 東燕郊 101601;2.煤炭科學技術研究院有限公司安全分院，北京 100013;3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室(煤炭科學研究總院)，北京 100013)

該礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內(nèi)，井田位于東勝煤田，其構造形態(tài)與區(qū)域含煤地層構造形態(tài)一致，總體為一向南西傾斜的單斜構造，地層產(chǎn)狀平緩，井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層，但在個別地段，煤層底板等高線起伏較大，起伏角一般小于2°，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂及緊密褶皺。

07工作面為該礦第七個工作面，布置在礦井一水平2－2煤層中，煤層傾角為0～5°。該煤層結構較簡單，含1～2層夾矸，煤層頂板為細粒砂巖及砂質(zhì)泥巖，底板多為泥巖。

該工作面選用ZY11000/28/63D型支撐掩護式支架，在工作面112架支架中選取6架，分3個測區(qū)布置，測區(qū)及支架編號分別為:上部測區(qū)(37#、46#架)、中部測區(qū)(64#、73#架)和下部測區(qū)(91#、100#架)。分析工作面的各種礦壓顯現(xiàn)特征，并參照相關礦壓理論，確定工作面周期來壓步距和來壓強度，掌握工作面推進過程中的支架工作阻力頻率、左右柱平衡性及初撐力、末阻力分布特征等。

1 工作阻力頻率分布

支架日常工作阻力的大小可以用工作阻力頻率分布來表示。工作阻力頻率分布圖是由支架的工作阻力在不同區(qū)間的百分比來確定，具體方法是按照額定工作阻力的20%，劃分5個區(qū)間，分別統(tǒng)計支架工作阻力在各區(qū)間所占的百分比。

理想的支架工作阻力頻率分布圖應是正態(tài)分布。處于低阻力和高阻力所占整個區(qū)間很少比例，中間部分所占比例較大。若低阻力所占比例較大，支架對頂板支撐作用不明顯，頂板整體下沉，工作面采高降低，容易出現(xiàn)支架被壓死現(xiàn)象;若高阻力所占比例較大，說明支架選型不合理，液壓支架長期在超負荷狀態(tài)工作，存在安全隱患。

根據(jù)支架阻力連續(xù)記錄儀記錄的數(shù)據(jù)，繪制出支架工作阻力與支架平均工作阻力頻率分布直方圖，如圖1所示:

圖1 各支架工作阻力頻率分布直方圖

分析圖1中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)各支架工作阻力分布具有相同特征，阻力頻率差別不大，支架在正常阻力區(qū)間所占的比例達到了61.27%，低阻力區(qū)和高阻力區(qū)的比例分別為33.16%和5.58%，而高于支架額定工作阻力(11000 kN)的比例僅占0.53%，支架日常工作阻力基本呈正態(tài)分布，說明支架受力狀態(tài)較為理想，富余系數(shù)較大，能夠滿足工作面頂板來壓時的控頂要求。

2 支架左右柱受力平衡性

222203工作面采用的液壓支架額定工作阻力為11000kN，每根立柱的額定工作阻力為5500kN。每個記錄儀有兩個通道，分別監(jiān)測支架的左柱(P1)和右柱(P2)，為了充分說明支架立柱受力情況，現(xiàn)對三次觀測期間各架左右立柱的平均工作阻力進行了統(tǒng)計分析。

從圖2的變化趨勢及表1的數(shù)據(jù)可以看出，222203工作面各支架左、右柱工作阻力基本平衡，可見采場頂板壓力合力作用點位于兩柱之間，從這一點可說明工作面支架能夠適應頂板運動規(guī)律，“支架—圍巖”關系處于較好的狀態(tài)。

從各支柱工作阻力與額定工作阻力的比例可以看出，左、右柱的平均工作阻力分別占各自額定工作阻力的51.24%和48.08%，可見支架選型基本合理，富余系數(shù)較大，能夠滿足工作面頂板運動的需要。

多數(shù)支架的左柱受力情況普遍略大于右柱，分析原因與工作面傾角有關。個別支架，如46#支架左立柱明顯大于右立柱，出現(xiàn)明顯的偏載現(xiàn)象，兩者的平均工作阻力比值為140.9%，認為有以下幾個原因:

(1)立柱管理不力，液壓系統(tǒng)中的閥組等部位存在漏液、竄液現(xiàn)象，建議礦方對46#支架右柱進行檢修;

(2)支架傾角可能偏大，礦方在后續(xù)的開采過程時應到現(xiàn)場觀察支架所處位置有無明顯傾斜。

圖2 各支架左、右柱平均工作阻力分布圖

表1 支架左、右柱平均工作阻力統(tǒng)計表

3 支架初撐力與末阻力分析

觀測期間各測區(qū)支架每日初撐力、末阻力平均值其變化規(guī)律曲線見圖3。

各支架初撐比(支架實際初撐力與額定工作阻力比值)在0.41～0.44之間，分布較為平均，但支架的初撐力都沒有達到預設初撐力的要求，會降低支架的支護效果，存在較大安全隱患。

各支架循環(huán)末阻力與額定工作阻力比值在0.53～0.57之間，說明支架富余系數(shù)較大，能夠適應工作面支護要求。

通過對比分析三次現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)，07工作面在回采期間初撐力嚴重不足，無法達到作業(yè)規(guī)程的要求。分析初撐力偏小的原因主要有［3～7］:

1)泵站壓力不夠

目前綜采工作面乳化液泵站，其額定壓力為31.5 MPa。在實際生產(chǎn)過程中，為了防止管路破裂，便于工作面支架液壓系統(tǒng)的管理和維護，綜采隊調(diào)定泵壓往往小于31.5 MPa，一般在27～30 MPa，即使供液系統(tǒng)的壓力損失為零，液壓支架的初撐力也達不到設計規(guī)定。

2)管路損失大

根據(jù)現(xiàn)場觀測，供液系統(tǒng)的壓力損失主要有兩個方面:

一是液壓系統(tǒng)普遍存在跑、冒、漏、滴或者串漏液現(xiàn)象，主要是由于工作面支架檢修質(zhì)量差，支架立柱、安全閥維護不到位，失效數(shù)量多;

二是移動式乳化液泵站至工作面的距離約為100m～200 m，供液距離長，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液阻力，甚至是系統(tǒng)的泄漏和膠管的彈性變形對壓力能的吸收等因素影響，即使泵站壓力達到額定值，到達支架立柱下腔的液體壓力也不能保證初撐力要求。

3)供液時間短

為了適應高產(chǎn)高效工作面的要求，必須加快支護速度，這就使得支架的升柱時間短，升柱工作完成后缺少足夠的時間來給支護打壓，尚未達到初撐力要求就停止供液。

圖3 初期觀測期間各支架初撐力、末阻力變化曲線

4)人為因素

支架工升柱操作存在問題，根據(jù)現(xiàn)場觀察，某些支架工在升柱時，可能因為后柱操作片閥靠近下面，嫌麻煩或者認識不夠，認為支架前后立柱相平就可以，往往只操作前柱片閥對前柱注液，通過前柱帶動后柱拉出，從表面看支架前后立柱基本相平，但實際上后柱基本沒有初撐力，這就嚴重降低了整架初撐力。

5)由于采煤機推進速度較快，工作面始終是多組支架同時動作，導致主系統(tǒng)壓力短時間內(nèi)難以達到泵站壓力。

總體來說，在整個07工作面回采過程中支架的工作初撐力與末阻力差距較大，尤其是支架初撐力嚴重不足。因此，礦方應加強現(xiàn)場管理，在移架過程中，確保初撐力達到預設值。

4 結論

本文通過對支架工作阻力頻率、左右柱平衡及初撐力末阻力的分析，得出以下結論:

1)觀測期間，各個支架工作阻力分布具有相同特征，而且阻力頻率差別不大，支架在正常阻力區(qū)間所占的比例較高，而高于支架額定工作阻力的比例很小，支架日常工作阻力基本呈正態(tài)分布，受力狀態(tài)比較理想，能夠基本滿足工作面來壓時的控頂要求;

2)總體來說多數(shù)支架的左柱受力情況普遍略大于右柱，個別支架出現(xiàn)明顯的偏載現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對支架整體的支護性能與使用壽命是不利的;

3)支架初撐比在 0.35～0.52之間，平均0.41(在222203工作面的作業(yè)規(guī)程中，規(guī)定支架的初撐力不小于6030kN(24MPa)，占額定工作阻力的54.82%，即初撐比為0.55)，未達到作業(yè)規(guī)程要求;末阻力與額定工作阻力之比在0.53～0.85之間，平均0.61，說明支架富余系數(shù)較大，能夠適應工作面支護要求。

［1］ 宋振騏.實用礦山壓力控制［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1988.

［2］ 譚云亮.礦山壓力與巖層控制［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2007.

［3］ 李志剛.石窯店礦淺埋深工作面礦壓規(guī)律及支架適應性分析［J］.煤炭工程，2013，(08):91－93.

［4］ 趙國棟.大采高長工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架適應性研究［J］.煤炭工程，2013，(01):83－85.

［5］ 馮旻，高郁.提高液壓支架初撐力的探討［J］.煤炭技術，2003，(08):110 －111.

［6］ 白勇軍.提高綜采工作面液壓支架初撐力對策研究［J］.煤，2008，(03):34 －36.

［7］ 馮敏.綜采工作面液壓支架初撐力實測研究［J］.科技創(chuàng)新導報，2013，(03):91.