ZY8000/20.5/40型液压支架对沙坪矿8号煤层适应性分析

毛明亮

（华晋焦煤有限责任公司 沙曲矿，山西 吕梁 033300）

ZY8000/20.5/40型液压支架对沙坪矿8号煤层适应性分析

毛明亮

（华晋焦煤有限责任公司 沙曲矿，山西 吕梁 033300）

分析了沙坪矿ZY8000/20.5/40型支掩式液压支架额定工作阻力富裕程度，得出结论沙坪矿8号煤层开采支架合理工作阻力选用8000kN/架是合理的结论，并对8号煤层适应性做出了效果评价。

液压支架；适应性；额定工作阻力

1 概述

沙坪矿井田面积22.59 km2，共有8号、9号、10号、11号、12号和13号层可采煤层，地质储量59305万t，可采储量42268.8万t，煤层赋存稳定，储量丰富。

1803工作面为沙坪矿8号煤层第一个回采工作面，8号煤层俗称9尺煤及5尺煤，位于山西组地层中部或中下部，下距9号煤层4.07m～16.48m。煤层结构较复杂，一般由3个～7个分层组成，含2层～6层夹矸。煤层中部比较稳定的一层夹矸岩性为浅灰色含水铝石高岭质粘土岩，厚度为300mm左右，为粘土矿层。煤层顶板一般为泥岩、粉砂岩或粉质砂岩。底板一般为粘土岩或泥岩，为粘土矿层，容重为1.35 t/m3。

液压支架对具体煤层的适应性，主要考虑使用过程中的支架运行状况、顶板的控制质量效果及其支架的工作阻力是否足够等方面，实际上就是要考察在给定支架结构形式、工作阻力和顶底板状况时，采场支架与围岩的相互作用即适应性问题。

2 支掩式液压支架的额定工作阻力富裕程度分析

1）根据支架载荷观测的最大数据分析额定工作阻力的富裕程度

在首采(1803)工作面的整个观测期间，3条测线

平均末阻力的最大值为pmmax=36MPa，则

≈7329 kN/架.

式中：n为支柱根数；A为立柱下腔截面积，m2；pmmax为观测末阻力平均最大值的支柱压强，MPa。

若按此处计算的支架工作阻力参数考虑，工作面支架额定阻力为8 000 kN/架，额定阻力足够，尚余8%，可见所用支架的额定阻力足够，稍微有富裕量。

2）根据支架载荷观测数据的1倍均方差作为合理阻力，分析额定工作阻力的富裕程度

沙坪矿1803工作面来压步距特征，如表1所示。

表1 沙坪矿1803工作面来压步距特征

由表1可以分析得出首采工作面矿压观测末阻力的平均值与均方差，若按均值加1倍均方差标准，则有

将计算的pS值，带入可得

在此条件下，计算的PS2=6217.2 kN/架，是额定阻力的78%，可见所用支架的额定阻力还有富裕量，没有达到其额定工作阻力。

3）直接顶载荷倍数确定法

按照长壁工作面的关键岩层控制理论，8号煤层采高3.5m，直接顶(泥岩、细砂岩)很厚,碎涨性较好,因此可按采高的6倍考虑，则沙坪矿8号煤层条件下，液压支架应该具有的额定工作阻力为

P=ks·B·L·K·γ·Σh=7 686 kN/架.

式中：ks为安全富裕系数，对Ⅲ级来压强烈顶板,可取1.5；B、L为支架的宽度和长度，m；K为来压动载系数，根据矿压观测取为1.3；Σh为直接顶垮落厚度，m。

因此，按此估算8号煤层需要的支架阻力7 686 kN/架，即所用支架满足要求。

4）关键岩层控制理论确定

在考虑基本顶（老顶）周期来压步距的情况下，实测周期来压步距为LC=23.45m，此时支架应该具有的工作阻力为

因此，按8号煤层的周期来压情况计算，需要的支架阻力7 985 kN/架以上，即可满足要求。

5）支护强度确定方法

依据沙坪矿8号煤层情况，基本顶（老顶）的实测初次来压步距为70.06m，而采空区充填系数N=Σh/hm＜3，因此按照基本顶的分级标准，沙坪矿8号煤层应为来压明显的Ⅲ级顶板。对于Ⅲ级顶板，按照采高3.5m，查表2（各级基本顶必须的额定支护强度及延米支护强度下限），采用内差值方法可得额定支护强度为q e=620 kPa，取1.50的安全系数，则需要的支架合理工作阻力为

若按此判断，需要的额定工作阻力为6982 kN/架，所用支架工作阻力足够。

6）支护强度回归公式方法

支架支护强度的回归计算公式为

表2 各级基本顶必须的额定支护强度及延米支护强度下限

式中：hm为工作面采高，m；L0为工作面初次来压步距，m；Be为支架控顶距，包括机道宽度，m；N为直接顶与采高之比（即采空区充填系数），无量网。

在沙坪矿8号煤层，采高hm=3.5m，初次来压步距L0=70.06m，支架最大控顶距Be=4.89m(顶梁长+机道宽度600mm)，直接顶与采高之比(采空区充填系数)N=1.8，将这些参数带入，可得沙坪矿8号煤层的额定支护强度为

按照沙坪矿8号煤层相关参数的计算公式，取1.5的安全系数，需要的额定工作阻力为

由此计算结果评价，沙坪矿8号煤层支架的设计工作阻力为9838 kN/架。

总之，根据首采工作面支架载荷的实测数据资料，用6种方法计算所得的8号煤层工作阻力分别为 7 329 kN/架、6 217.2 kN/架、7 686 kN/架、7985 kN/架、6 982 kN/架和9 838 kN/架，其支架工作阻力的综合平均值为7 673 kN/架，小于使用的支架额定工作阻力（8 000 kN/架）。为此，沙坪矿8号煤层开采支架工作阻力选用8 000 kN/架是合理的，可在该煤层推广使用。

3 ZY8000/20.5/40型支掩式支架对8号煤层适应性

1）支掩式架型对8号煤层开采顶板控制效果评价。1803工作面开采过程中，支掩式液压支架对8号煤层地质适应性较好，正常开采期间顶底移近不明显，ZY8000/20.5/40型支撑掩护式支架达到了预期的采场顶板控制效果。

支撑掩护式液压支架，可较好地适应复合顶板条件，回采期间未发生陷底现象，支架底座对底板的适应性较好。

2）支架额定工作阻力的适应性。根据首采1803工作面的基本条件和矿压实测资料，用6种支架载荷预测方法计算的8#煤层工作阻力的综合平均值为7673kN/架，小于使用的支架额定工作阻力8000kN/架。为此，沙坪矿8号煤层开采支架合理工作阻力选用8000kN/架是合理的，可在该煤层推广使用。

Adaptability Study of ZY8000/20.5/40 Hydraulic Support in No.8 Seam of Shaping M ine

MAO M ing-liang

(Shaqu Mine,Huajin Coking Coal Co.,Lvliang,Shanxi033300)

The study analyzes the affluence degree of ZY8000/20.5/40 supporting and shielding hydraulic support and concludes that it is reasonable to select 8000kN per support for the resistance in No.8 seam.Its adaptability is also evaluated.

hydraulic support;adaptability;rated resistance

TD355+.41

A

1672-5050（2011）09-0035-03

2011-08-10

毛明亮（1974—），男，山西柳林人，大学专科，助理工程师，从事采煤生产技术管理工作。

徐树文