姜亞坤　顏超

摘要：從頂板控制的各種要求來(lái)看，不論是防壓、防漏還是防推，都要求采場(chǎng)支柱具有較高的初撐力。采煤工作面單體液壓支柱的初撐力對(duì)頂板控制十分重要。文章對(duì)采煤工作面初撐力低的原因進(jìn)行了六個(gè)方面的分析，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方法和提高初撐力的措施。

關(guān)鍵詞：采煤工作面；單體液壓支柱；初撐力；影響因素；頂板控制 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355 文章編號(hào)：1009-2374（2015）01-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0077

1 初撐力的重要性

從頂板控制的各種要求來(lái)看，不論是防壓、防漏還是防推，都要求采場(chǎng)支柱具有較高的初撐力。因此在預(yù)防頂板事故中，應(yīng)把初撐力擺在最重要的位置，這是因?yàn)橹еぷ髯枇υ谙喈?dāng)大程度上取決于支柱初撐力。在支柱密度與支護(hù)系統(tǒng)剛度一定的條件下，初撐力大，工作阻力也大。另外，對(duì)于松軟底板，較大的支柱初撐力能起到對(duì)底板的預(yù)壓實(shí)作用，從而使支柱在頂板下沉中能較快地達(dá)到恒阻階段。考慮到提高初撐力可以預(yù)防直接頂離層，可以使支柱更快地達(dá)到需要的工作阻力，以平衡垮落帶巖重，因此應(yīng)當(dāng)在工作面支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)增加支柱初撐力這個(gè)指標(biāo)，才能更好地控制頂板和預(yù)防冒頂

事故。

2 工作面初撐力低的原因分析

2.1 底板松軟使支柱鉆底

支柱壓入底板的主要原因是由于與支柱接觸的底板產(chǎn)生的比壓超過(guò)了底板巖層本身的極限抗壓入強(qiáng)度，造成底板破壞、底板的抗壓入阻力急劇下降所致。采場(chǎng)中單體支柱鉆底量一般主要和下列因素有關(guān)：（1）采場(chǎng)頂板壓力的大小分布；（2）采場(chǎng)底板的承載能力；（3）支柱的性能與結(jié)構(gòu)（特別是底座面積的大?。?；（4）支柱的作用時(shí)間。當(dāng)支柱底座對(duì)底板的壓力超過(guò)底板承受極限比壓時(shí)，底板巖石即遭到破壞，這時(shí)支柱的鉆底量迅速變大。支柱鉆底量大，必然導(dǎo)致頂板下沉量大，頂板離層加大，并使頂板更加破碎。另外，因?yàn)橹е鬃鶎?duì)底板比壓高時(shí)支柱就發(fā)生鉆底，必然使支柱的初撐力無(wú)法提高，支護(hù)系統(tǒng)剛度不高，因此使支護(hù)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性也變低。特別是在支柱剛注完液時(shí)，因底板還沒(méi)有壓實(shí)，支柱鉆底速度很快，從而導(dǎo)致初撐力迅速下降，使支柱實(shí)際僅獲得很低的初撐力。隨著支柱初撐力的降低以及底板的進(jìn)一步壓實(shí)，支柱的鉆底速度將下降。支柱的初撐力下降是具有一定限度的，當(dāng)支柱的初撐力很低時(shí)，底板的變形速度將變慢，阻止初撐力的進(jìn)一步降低，并且由于頂板的下沉，使支柱能保持一定的初撐力，這樣支柱在始終有一定壓力的情況下發(fā)生緩慢下沉，使支柱保持一定的初撐力。這種情況下，可能使支柱始終無(wú)法達(dá)到恒阻階段，并且頂板離層不斷加大，工作面更容易發(fā)生各種冒頂事故。對(duì)底板松軟的工作面，限制支柱載荷作用下產(chǎn)生的最大比值以及增強(qiáng)或至少避免減弱底板巖層的抗壓入強(qiáng)度，是改善支柱底座比壓分布以及防止支柱壓入底板的關(guān)鍵。目前我國(guó)在底板松軟的工作面，主要使用柱鞋控制軟底板。此外，也可以通過(guò)改善工藝條件來(lái)減少支柱鉆底。如盡可能不將支柱打在浮煤和碎矸上，有時(shí)要刨窩將支柱支在較硬的底板上；合理布置炮眼，控制底排炮眼裝藥量，采用微差爆破技術(shù)等，減少放炮時(shí)對(duì)底板的震動(dòng)和破壞；增加支護(hù)密度；防止或減少水對(duì)底板巖層的侵泡軟化作

用等。

2.2 乳化液泵站和工作面距離過(guò)大

在采煤過(guò)程中，乳化液泵站應(yīng)放在工作面的前方，并隨著工作面的推進(jìn)而前移。但在某些工作面，往往將工作面置于靠近采區(qū)上山的運(yùn)輸平巷內(nèi)。由于巷道及管路的彎曲，這個(gè)數(shù)值一般大于工作面走向長(zhǎng)度。這樣一來(lái)，當(dāng)對(duì)工作面支柱進(jìn)行注液時(shí)，必然造成在過(guò)長(zhǎng)的輸液管路上消耗大量泵站壓力，使注液槍口處液體流量和壓力都變小。另外，由于管路過(guò)長(zhǎng)，消耗在管路上的壓力將變大，當(dāng)支柱接頂時(shí)，注液槍管內(nèi)的壓力非常低，要使支柱壓力升高到和泵站壓力平衡，需要泵站的壓力傳遞過(guò)來(lái)，這個(gè)過(guò)程實(shí)際上是壓力波的傳遞過(guò)程。同時(shí)支柱接頂以后，還存在背頂材料和底板的壓縮過(guò)程，該過(guò)程消耗了一部分傳遞過(guò)來(lái)的壓力，而壓力波要用過(guò)長(zhǎng)的輸液管路傳遞過(guò)來(lái)需要一定時(shí)間。這兩者綜合作用，使支柱的增壓時(shí)間變長(zhǎng)。在實(shí)際操作中，支護(hù)工人往往是在支柱接頂后就立即停止注液，這樣就無(wú)法使支柱達(dá)到足夠的初撐力，特別是當(dāng)升柱需用很長(zhǎng)時(shí)間的情況下，工人更容易失去在支柱接頂后繼續(xù)注液升壓的

耐心。

2.3 工作面多槍同時(shí)注液時(shí)

在采煤工作面一般為分段作業(yè)，當(dāng)支設(shè)支柱時(shí)，往往是工作面多槍同時(shí)操作，這更不利于增加支柱的初撐力。某個(gè)采煤工作面的主輸液管內(nèi)徑為16mm，注液槍管內(nèi)徑為10mm，均為內(nèi)包鋼絲帶的高壓膠管。所有支柱缸體內(nèi)徑為100mm。工作面長(zhǎng)度約為100m，共有八桿注液槍。泵站工作壓力調(diào)定為18MPa。根據(jù)觀察，在三桿注液槍同時(shí)作業(yè)時(shí)，升柱時(shí)間一般超過(guò)30s，當(dāng)僅有一桿注液槍作業(yè)時(shí)，升柱時(shí)間大約需要10～20s的時(shí)間，并且明顯可看出同時(shí)注液的槍數(shù)越多，升柱速度就越慢?？梢?jiàn)因輸液管道過(guò)長(zhǎng)使輸液阻力變大，從而限制了液體流量。在工作面多槍注液過(guò)程中，必然遇到這樣的情況，即當(dāng)一個(gè)地方正在升柱時(shí)，另一個(gè)地方的支柱正處在接頂后的增壓過(guò)程中，這樣必然導(dǎo)致正在增壓過(guò)程中的支柱壓力偏低。對(duì)于大部分的采煤工作面來(lái)說(shuō)，多槍注液是不可避免的，其結(jié)果是造成支柱初撐力偏低，工作面支柱壓力不均勻。將泵站放在工作面近前方，并隨工作面推進(jìn)而前移，泵站距工作面的距離越小對(duì)提高支柱的初撐力是越有利的，但有時(shí)可能因巷道斷面小或其他原因而無(wú)法使泵站隨工作面的推進(jìn)而前移，這時(shí)可考慮將泵站分段前移。

2.4 部分地點(diǎn)支柱高度不夠

對(duì)于采煤工作面來(lái)說(shuō)，特別是炮采工作面，采高往往是很難控制的，在工作面回采過(guò)程中，有些支柱已經(jīng)升到最高，有些支柱甚至根本不能接頂，在這些情況下，支柱是不可能有足夠的初撐力，甚至有的支柱初撐力為零。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，唯一的解決辦法就是更換支柱，并且是應(yīng)該在控頂設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)選好合適的endprint

支柱。

2.5 輸液管道質(zhì)量差

采煤工作面的輸液管質(zhì)量差，當(dāng)泵站壓力調(diào)至規(guī)定18MPa時(shí)，經(jīng)常發(fā)生爆管事故，因此泵站的壓力只能維持在18MPa以下，結(jié)果必然是造成支柱的初撐力不夠。對(duì)于這樣的輸液管道，必須應(yīng)予更換，甚至對(duì)這樣一個(gè)在客觀上需要較大支柱初撐力的工作面，若換用綜采面用的泵站系統(tǒng)，將對(duì)工作面支柱初撐力的提高起到較大作用。

2.6 工人操作不符合要求

由以上所述，為了提高初撐力，要求不將支柱支在浮煤碎矸上，在支柱接頂后繼續(xù)注一段時(shí)間液（至少為5s），使支柱能充分增壓，盡量放炮時(shí)不破壞頂?shù)装?，保證將支柱支正等。但是這些要求往往不能很好地得到執(zhí)行，特別是工人們習(xí)慣于在注液時(shí)感覺(jué)注不動(dòng)時(shí)就停止注液，實(shí)際上，這時(shí)注液槍仍能緩慢地對(duì)支柱供液，是一個(gè)升壓過(guò)程，若這時(shí)停止注液，將使支柱的初撐力很低。要解決問(wèn)題，其方法只能是加大對(duì)工人和管理人員的培訓(xùn)力度，完善相應(yīng)的監(jiān)督、獎(jiǎng)懲制度。

3 提高初撐力的措施

在前面敘述中，已經(jīng)給出了各情況下的一些解決方法。但問(wèn)題是沒(méi)辦法在短時(shí)間內(nèi)得到解決，為此，必須有提高支柱初撐力的直接有效的措施。這里我們提出了強(qiáng)制要求工人在支柱支好后對(duì)其進(jìn)行二次打壓的措施，該方法能有效解決上述存在的一些問(wèn)題：（1）由于底板松軟，支好支柱以后將會(huì)發(fā)生支柱鉆底，當(dāng)鉆底速度大于頂板下沉速度時(shí)，支柱的初撐力在短時(shí)間內(nèi)會(huì)減小。對(duì)于在支柱對(duì)底板比壓達(dá)到底板的極限比壓后比壓能繼續(xù)增大的底板，二次打壓能使底板進(jìn)一步壓實(shí)，并使支柱的初撐力達(dá)到較大的值。但對(duì)于另外一些底板，出現(xiàn)第一次破壞后壓力下降，繼續(xù)加壓時(shí)，比壓不上升或上升后峰值不超過(guò)第一個(gè)峰值，對(duì)這樣的底板，若二次打壓前底板已經(jīng)破壞，繼續(xù)二次打壓一般只能增加支柱的鉆底量，而對(duì)提高支柱的初撐力沒(méi)多大幫助，對(duì)這樣的底板只能依靠支柱穿鞋來(lái)提高支柱的初撐力；（2）由于在二次打壓時(shí)輸液管道的乳化液流量非常小，在管道上引起的壓力降也很小，因此注液槍能給予支柱較大的液體壓力，這時(shí)就不存在因輸液管道過(guò)長(zhǎng)而使支柱的初撐力無(wú)法達(dá)到要求的問(wèn)題；（3）二次打壓可使因其他各種原因造成支柱初撐力達(dá)不到要求的支柱初撐力升高，并使支柱的支撐力均衡。

作者簡(jiǎn)介：姜亞坤（1980—），男，山東金鄉(xiāng)人，濟(jì)寧市金橋煤礦助理工程師，注冊(cè)安全工程師，研究方向：煤炭工程；顏超（1979—），男，山東微山人，微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司助理工程師，注冊(cè)安全工程師，研究方向：煤炭工程。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint