王雷鳴

（陽煤集團(tuán)開元礦業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉中 045405）

1 工作面情況介紹

本文選擇某礦9712工作面為研究對(duì)象。該工作面西部為礦井邊界，東面為已挖掘盤區(qū)運(yùn)輸巷道，南北分別連接9711工作面以及9713工作面。其中9711工作面已經(jīng)開采，9713則屬于正掘待采工作面。本工作面的走向長(zhǎng)度為1 500 m傾斜長(zhǎng)220 m；井下標(biāo)高為558～623m，地面標(biāo)高則為880～1103m不等；煤層厚度大，平均厚度為6.3 m；傾角小，均值為4°；容重1.45 t/m3；根據(jù)普氏硬度標(biāo)準(zhǔn)基本硬度為2～3，屬于中硬度煤層。根據(jù)頂板的巖性特征、跨落難易度對(duì)該工作面的頂板進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)其包含全部三種頂板類型。其中直接頂?shù)膸r性條件為砂質(zhì)泥巖，均厚為2.43 m，層理發(fā)育；老頂又稱基本頂，其巖性條件為中粒砂巖，均厚為7.1 m；而偽頂?shù)膸r性條件為炭質(zhì)泥巖，較薄，均厚僅為0.2 m。相對(duì)應(yīng)的直接底的厚度為2.7 m，同直接頂巖性條件相一致為砂質(zhì)泥巖老底為均厚6.52 m的泥巖結(jié)構(gòu)[1]。

2 大采高液壓支架選型的依據(jù)

根據(jù)該工作面條件，其屬于大采高工作面。對(duì)于該類工作面進(jìn)行液壓支架選型主要是根據(jù)以下六個(gè)基本條件，分別是：

1）直接頂?shù)姆€(wěn)定條件，是否屬于破碎易跨落情況；

2）老頂?shù)募?jí)別以及初次來壓步距、周期來壓步距、來壓荷載、直接頂厚度等礦壓顯性參數(shù)；

3）底板的類型以及底板的各項(xiàng)參數(shù)條件，包括抗壓縮剛度、容許荷載強(qiáng)度等；

4）工作面的采高大小，煤層的堅(jiān)硬程度、層理分布、厚度變化等基本條件；

5）工作面的掘進(jìn)方向以及煤層的傾角大小影響支架的類型；

6）工作面煤層瓦斯含量以及為保證掘進(jìn)開采安全的通風(fēng)斷面的確定情況。

根據(jù)上述六個(gè)基本條件來看，結(jié)合液壓支架的主要作用對(duì)象，頂板的條件是核心要素，其中包括頂板的巖性、類別、級(jí)別等。但是頂板在進(jìn)行級(jí)別劃分時(shí)，根據(jù)固有評(píng)級(jí)方法具有模糊性，因此要選擇支護(hù)保護(hù)性高的支架[2]。

3 大采高液壓支架的架型選擇及主要參數(shù)的確定

3.1 大采高液壓支架的架型選擇

國(guó)內(nèi)在進(jìn)行大采高綜采作業(yè)時(shí)，主要選擇自移式支架，包括支撐式支架、掩護(hù)式支架、支撐掩護(hù)式支架等。根據(jù)上文指出的選型依據(jù)，其以頂板的分類為核心參考條件進(jìn)行選型。根據(jù)我國(guó)的頂板分類方案規(guī)定，該類緩傾斜煤層的工作面直接頂?shù)膸r性條件為砂質(zhì)泥巖，初次跨落步距27.4 m，應(yīng)確定為2類中等穩(wěn)定頂板類型。同時(shí)根據(jù)老頂?shù)某醮蝸韷寒?dāng)量的計(jì)算公式：P=241.3ln（L0）-1505N+52.6h 其中 N 是直接頂厚度與煤層采高的比值，h代表煤層采高，L0代表老頂初壓步距。根據(jù)公式可以計(jì)算初次來壓當(dāng)量。根據(jù)老頂?shù)膩韷旱燃?jí)分類方式，該工作面的老頂屬于不明顯來壓老頂，故分類等級(jí)為Ⅰ。根據(jù)直接頂、老頂?shù)闹Ъ苓x型情況，如表1所示，本工作面宜選取兩柱支撐掩護(hù)式支架。

3.2 大采高液壓支架的主要參數(shù)確定方法

表1 液壓支架架型選擇（按頂板等級(jí)條件）

大采高液壓支架選型的主要參數(shù)為工作阻力、初撐力以及支護(hù)高度的。通過科學(xué)的測(cè)算有利于支架穩(wěn)定程度的提升。

3.2.1 支架工作阻力的確定方法

支架的工作阻力與支架強(qiáng)度直接相關(guān)。因此需要首先通過計(jì)算公式獲得本工作面的支架支護(hù)強(qiáng)度，進(jìn)而結(jié)合公式計(jì)算出支架的工作阻力。一般來講進(jìn)行支護(hù)強(qiáng)度的確定方法有三種，分別是經(jīng)驗(yàn)估算法、頂板分類法以及實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法。以下只簡(jiǎn)紹經(jīng)驗(yàn)估算法和頂板分類法。

1）經(jīng)驗(yàn)估算法一般包括三種方法，分別是采高倍數(shù)容重法、威爾遜估算法，以及經(jīng)驗(yàn)公式法。本文選取的是采高倍數(shù)容重法，其依據(jù)采高數(shù)倍的控頂去單位面積內(nèi)的頂板容重來進(jìn)行強(qiáng)度確定，計(jì)算公式為P=K×H×γ×10-2。其中：K代表作用于支架頂板的巖石厚度倍數(shù)，H代表工作面采高，γ代表巖石容重。

2）頂板分類法，根據(jù)老頂?shù)募?jí)別按照綜采工作面的強(qiáng)度規(guī)律，獲得計(jì)算公式：P=72.3h+4.5L+78.9B-10.24N-62.1。其中h為采高，L為老頂周期來壓步距，B為控頂高度，N為直接頂厚度與采高比。此時(shí)工作阻力的計(jì)算公式為Q=PBS/k，其中，k為支撐效率，根據(jù)選型支撐式掩護(hù)支架取值0.9進(jìn)行計(jì)算，S為液壓支架中心距離。根據(jù)上述計(jì)算方式獲得工作阻力理論計(jì)算，根據(jù)安全生產(chǎn)條件，要求合理工作阻力要超過理論計(jì)算阻力的15%～20%之間，因此確定合理工作阻力的范圍應(yīng)后可以按照最穩(wěn)定工況取工作阻力值。

3.2.2 支架初撐力、支護(hù)高度的確定方法

初撐力影響直接頂板支護(hù)的穩(wěn)定性，能夠保持圍巖穩(wěn)態(tài)，防止支架工作狀態(tài)遭到破壞。除了根據(jù)理論計(jì)算外，支架的初撐力還會(huì)受到防沖擊性性、工作面供液效率、液壓控制元件的穩(wěn)定運(yùn)行條件等情況的影響，所以初撐力的實(shí)際取值要大于理論計(jì)算值，確定初撐力后，根據(jù)工作面采高，確定支架的支撐高度。

4 大采高支架適應(yīng)性分析

根據(jù)上述理論計(jì)算方式獲得了大采高工況下液壓支架的合理選型，為了驗(yàn)證理論選型與實(shí)際使用的匹配程度，故對(duì)該支架選型的適應(yīng)性進(jìn)行分析，該分析主要通過初撐力、循環(huán)末阻力以及支架增阻特性來進(jìn)行?，F(xiàn)階段的初撐力屬于低初撐力，這不利于直接頂向老頂傳遞支撐力，造成端冒、冒空頂梁等風(fēng)險(xiǎn)，因此必須提升初撐力值；根據(jù)本文工作面的循環(huán)末阻力平均分布條件，稍大于兩端支架壓力，因此可以看出循環(huán)末阻力較小，工作阻力富余量滿足循環(huán)末阻力條件；本工作面中處于一次、二次增阻類型達(dá)72%，根據(jù)頂板周期來壓條件，需要進(jìn)行多次急增阻，因此必須對(duì)初撐力進(jìn)行加強(qiáng)，以減少增阻和急增阻的次數(shù)，提升支架的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

大采高工況條件下，液壓支架的選型受頂板類、級(jí)的影響。根據(jù)該工作面頂板條件，確定選擇兩柱支撐掩護(hù)式支架，并根據(jù)理論計(jì)算公式和安全工作條件，確定支架的主要參數(shù)工作阻力、初撐力、支護(hù)高度等。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來看，需要增加初撐力管理，以防止支架出現(xiàn)不穩(wěn)定工況。