ZYB4400型液压支架在近距离薄煤层工作面适应性分析

2013-05-11暴军伟

山西煤炭 2013年5期

暴军伟

（同煤集团云岗矿，山西大同 037003）

1 14号煤层地质、赋存、开采概况

煤峪口矿14号层408盘区工作面属近距离薄煤层开采，煤层赋存较稳定，煤层厚变化大，一般为0.07～4.17 m，平均 2.2 m；倾角 1°～3°，与上覆11号、12号合并层间为灰白色粉砂岩距，厚度2.86～10.45 m，平均4.39 m。基本顶（老顶）为11号、12号层采空冒落部分，平均厚度9 m。盘区西翼（上山）开采期间煤厚变化不大，支护采用ZZS-5600/14/28型液压支架：适应煤厚 1.6～2.6 m；支护强度 0.73～0.98 MPa；初撑力 24.5 MPa（4 810 kN）；工作阻力：28.5 MPa（5 600 kN）泵站压力：25.5 MPa。盘区东翼（下山）开采时煤层厚度变薄，最薄处不足1.4 m，工作面偶有冲刷、夹石。开采8818工作面时，ZZS-5600/14/28型液压支架在采高上已显出不适应。

从14号层307盘区、410盘区现已掘出巷道揭露的煤层来看，赋存情况不容乐观。14号层煤厚度普遍为0.8～2.3 m，煤厚变化大、赋存极不稳定；顶板为粉砂岩，厚2.86～10.45 m；底板岩性为灰色粉砂岩，厚0.45～2.28 m。14号层与11号～12号层间距一般为2.86～10.45m，平均6.45m。为保证14号层的顺利开采，支架重新选型迫在眉睫。基于ZYB4400/8.5/18液压支架的适应煤厚1～1.6 m；支护强度0.766 MPa；初撑力31.4 MPa（3 860 kN）；工作阻力 35.7 MPa（4 400 kN）泵站压力31.4 MPa。支护强度能否支护采场顶板，是目前薄煤层开采采场支护急需解决的问题。

2 ZY B4400/8.5/18液压支架的适应性分析

2010年10月至2011年4月，煤峪口矿14号层408盘区8816、8814工作面改用ZYB4400/8.5/18液压支架，需要理论计算分析和工作面采场支护实测情况。

1）ZYB4400/8.5/18液压支架主要参数。支架型号：两柱掩护立即支护式；支架高度：850～1 800 mm；支架中心距：1 500 mm；适应倾角：≤15°；适应煤厚：1～1.6 m；初撑力：3 860 kN（P=31.4 MPa）；工作阻力：4 400 kN（P=35.7MPa）；支护强度：0.766 MPa（H=1 800 mm）；泵站压力：31.4MPa。

2）ZYB4400/8.5/18液压支架的工作面实测载荷及支护强度，如表1和表2所示。以平均工作阻力计，支架载荷及支护强度均在ZYB4400/8.5/18液压支架额定值内。以瞬时最大工作阻力计，支架载荷在工作面中部局部范围稍大于额定值，支护强度均在额定值内。

表1 8816工作面2010年10月支架初撑力及工作阻力统计

表2 8814工作面2011年1月支架初撑力及工作阻力统计

3）ZYB4400/8.5/18液压支架的支架载荷及支护强度分析计算如下：

a.支护设计若用经验公式计算，支架需承受的载荷应为8倍采高的岩石重，即：顶板压力Q=8×采高×岩石容重×工作面长度×支架最大控顶距×9.8=8×1.6×2.5×102.5×4.72×9.8=151719.68(kN)。ZYB4400/8.5/18液压支架最大采高1.6m，8倍采高为12.8m。工作面共稳69架ZYB-4400中间支架和2架ZZS-5 600支架。支架承载 F=（151719.68-2×5600）÷69=2 036.5（kN）。显然，计算与工作面实测支架的工作阻力相差较大。

b.该盘区工作面支护设计结合14号层上覆11号、12号合并层分层开采工作面情况进行计算分析。11号、12号合并层平均煤厚按8 m计，上下分层采高均为2.8 m，下分层顶煤厚2.4 m，顶煤回收率按50%计，则共采出煤厚6.8m。上下分层采出后，直接顶、下位基本顶冒落后填满采空区，采空区下部为松散岩石碎块，上部为无序排列并相互咬合的大块岩石。基本顶已离层未冒落部分相互咬合形成基本稳定的拱形砌体梁结构。若冒落岩石碎胀系数取1.35，则岩层冒落高度h=6.8÷0.35=19.43 m。所以，11号、12号合并层408盘区采空区岩层冒落高度为19.43m。14号层408盘区工作面与上覆11号、12号合并层间为灰白色粉砂岩距，厚度2.86～10.45 m，平均4.39 m。以ZYB4400/8.5/18液压支架计，则工作面支架承受采场顶板4.39 m未松散岩层及19.43 m岩层松散后的重量,岩石容重取25 kN/m3，分析计算支架载荷及支护强度如下：支架载荷F=（19.43+4.39）×支架中心距×（支架最大控顶距）×岩石容重=23.82×1.5×4.81×25=4 297(kN)。支护强度q=支架载荷/（支架中心距×支架长度）/1 000=4 297÷（1.5×4.47）÷1000=0.64(MPa)。综上分析计算支架载荷及支护强度与工作面后期开采实测ZYB4400/8.5/18液压支架的支架载荷及支护强度相符，且均在额定值内。

4）ZYB4400液压支架在采场应用时应注意的问题：a.工作面开采中，必须保证泵站压力在30 MPa以上，初撑力在24MPa以上，保证与煤壁共同支撑顶板，防止顶板在煤壁前方断裂，造成支架前倾压架。b.割煤后要及时擦顶带压移架，保证顶板的完整性及可控的端面距。c.当工作面中部支架工作阻力逐步增大并超过4400kN时，应加快开采速度，使直接顶悬板快速断裂，摆脱支架压力。d.支架出现瞬时增阻现象，支架通过安全阀不断开启后可卸压，卸压后支架活柱下缩，要再次及时升架，防止顶板在煤壁前断裂。

5）ZYB4400液压支架采场的支撑能力综合分析：a.14号层408盘区工作面没有明显周期来压，有瞬时增阻或工作阻力超过额定值现象。随着工作面推进，直接顶在支架切顶线后0～3m跨落，直接顶上松散岩体随着下落。由于松散岩体高度大、采空区高度小，下落的松散岩体相互挤压，并未按流体沿斜面下滑。支架切顶线后最大悬顶长1m左右，机道顶板利用煤壁与支架共同支撑。b.工作面中部支架最大工作阻力有时达到或超过4400kN，原因分析：11号、12号层采空区上部相互咬合的大块岩石及基本顶已离层，形成拱形砌体梁结构，随着直接顶、上松散岩体的冒落及采动影响，原有的稳定结构破坏，随之快速冒落，形成瞬时冲击压力，支架出现瞬时增阻现象。当直接顶完整性较好时，支架切顶线后最大悬顶长度超过1 m，支架的工作阻力将超过4 400 kN。支架初撑力不足时，直接顶在煤壁前断裂，端面顶板失去煤壁支撑作用，支架实际控顶长度加大，支架的工作阻力将超过4400kN。c.工作面支架沿推进方向实际最大承载顶板长度约为支架长度，通过上述分析、支架载荷及支护强度分析计算可知，其与工作面实测支架载荷及支护强度相符，能够承载采场顶板压力；虽有短时超载现象，可经生产工艺工序进行调整。