麻清林

（山西新景礦煤業(yè)有限公司調(diào)度室， 山西 陽泉 045000）

引言

目標(biāo)井田地表主要為第四系黃土，井田地層由上至下分別為第三系上統(tǒng)三趾馬組、侏羅系中統(tǒng)延安組、侏羅系下統(tǒng)富縣組及三迭系上統(tǒng)永坪組。礦區(qū)走向?yàn)楸睎|方向，傾向方向?yàn)槲鞅狈较颍簩觾A角小于5°，地質(zhì)構(gòu)造類型為單斜構(gòu)造，整體地層結(jié)構(gòu)不存在較大的斷層及褶皺，構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡單。

整個井田范圍內(nèi)可采煤層為3層，煤層呈圓形均勻分布于礦井的西南區(qū)域及中間區(qū)域，煤層厚度為2m，整個煤層自西向東逐漸變薄。試驗(yàn)所選取的煤層為2號煤層，此煤層屬于結(jié)構(gòu)較為簡單的中厚煤層，煤層厚度在2.2～2.5m之間，煤層平均厚度為2.3m。此煤層目前的開采方式為間歇式開采，存在支架支護(hù)不穩(wěn)定及工作面位置不固定等問題。本研究選用鏈懸拼梁式液壓支架全部垮落法處理煤層，同時在開采過程中配合使用強(qiáng)制放頂，目的在于提高采出率，因此需要對支架的支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行較為詳細(xì)的研究[1]。

1 模型建立

1.1 模型建立

試驗(yàn)選取的模型根據(jù)相似模擬實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行搭建，模型以沙土為搭建骨料，碳酸鈣及石膏為黏結(jié)材料，將兩者均勻混合后通過水混合備用，混合后的材料分層鋪設(shè)于模型中，每層間添加云母粉模擬各層的分界。實(shí)驗(yàn)選取的模型架寬度為0.2m，長度為5m。建立的模型如圖1所示。

1.2 模擬結(jié)果

模擬結(jié)果顯示，在工作面推進(jìn)過程中，工作面推進(jìn)180m的過程中，共出現(xiàn)9次周期來壓的情況，其中每次來壓的平均步距為13.2m；而在強(qiáng)制放頂?shù)那闆r下，工作面在推進(jìn)165m的過程中共出現(xiàn)6此周期來壓的情況，單次來壓的平均步距為15.7m。周期來壓增載系數(shù)在正常開采情況下為2.33，強(qiáng)制放頂情況下僅為1.41。在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，正常開采時，由于工作面頂板的動載系數(shù)較大，支架容易出現(xiàn)被壓死的情況，從而導(dǎo)致支架達(dá)不到支護(hù)所需的強(qiáng)度值；而在強(qiáng)制放頂?shù)墓r條件下，由于支架的動載系數(shù)小，因此在發(fā)生周期來壓時不會出現(xiàn)切頂?shù)那闆r，結(jié)果表明，合理的頂板控制措施能夠有效防止頂板出現(xiàn)冒落等安全事故[2]。

圖1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D

2 鏈懸拼梁式液壓支架現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)相似模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合該煤礦的煤層賦存情況及地質(zhì)條件，通過分析各類支護(hù)機(jī)械設(shè)備的性能，最終選擇鏈懸式液壓支架完成工作面的支護(hù)工作，頂板處理方式為一次采全高垮落法。支架的結(jié)構(gòu)組成：支架支護(hù)高度為1.6～4.0m，支架的寬度為1.2m，支架頂梁長為3.1m，各支柱的中心距離為1.2m，支架自身的支護(hù)阻力為4 000 kN，初撐力為3 500 kN。

此液壓支架的具體特征包含以下幾個方面：

1）支架可以在短時間內(nèi)滿足初撐力的要求。支架支柱的中心距離為1.2m時，以相鄰的支架作為移架的支點(diǎn)，支架的前移通過鏈條的懸吊實(shí)現(xiàn)，每次換鏈完成一次過斷層。這一移架措施是保障支架中所有支柱達(dá)到初撐力的關(guān)鍵[3]。

2）在支護(hù)過程中，頂梁被劃分為兩個大小不等的區(qū)域，其中，具有大支護(hù)阻力的頂梁支撐在小頂梁上，支護(hù)阻力較小的普通支柱支護(hù)在大頂梁下，有效解決了目前支護(hù)工作中存在的頂板管理困難的問題。

3）閉鎖功能。支架頂梁的周圍均安裝配備特定閥的油缸，當(dāng)支架出現(xiàn)頂空的情況或支柱卸載時，支架仍能承受較大的水平力。同時，當(dāng)支架處于采高較大及傾角較大的情況下，仍能夠保持較好的穩(wěn)定性。

4）調(diào)整位置[4]。此類型支架本身安裝有調(diào)架裝置，在支架的推移過程中可以通過調(diào)整操作支架實(shí)現(xiàn)支架移動方向的改變，當(dāng)在傾角較大的工作面時，可以將支架橫向安裝，有效避免了調(diào)整所需時間及支架向下移動擁擠的問題[5]。

3 工程應(yīng)用

為驗(yàn)證支架的適應(yīng)性，選取2號煤層某工作面作為實(shí)驗(yàn)工作面，工作面煤層平均厚度為2.3m。頂板的處理方式為全部垮落法，選取的支架類型為鏈懸拼梁型液壓支架，采煤方法為炮采。試驗(yàn)工作面長度為85m，工作面沿走向方向推進(jìn)，持續(xù)推進(jìn)長度為700m。整個工作面共設(shè)置60臺液壓支架，液壓支架的具體型號為ZH4000/17型，放頂方式為強(qiáng)制放頂。強(qiáng)制放頂分別在15m、20m、40m三個位置進(jìn)行，當(dāng)頂板不出現(xiàn)周期來壓現(xiàn)象時，在50m處進(jìn)行第四次強(qiáng)制放頂，85m長的工作面共設(shè)置5組密集深孔，每組包含三個孔，各孔的仰角分別為30°、60°、80°，孔深分別為 10m、13m、15m，強(qiáng)制放頂結(jié)束后工作面出現(xiàn)初次來壓。

從50m采位開始，位于工作面中間部位的頂板隨著液壓支架的移架逐漸自行垮落，每移動兩次支架完成一次頂板的垮落，垮落的高度在5～8m之間。但在一般生產(chǎn)條件下，懸露頂板長度一般不超過3m。因此，關(guān)于頂板的處理方式大多選用打鉆孔強(qiáng)制放頂，每移動5次支架進(jìn)行一次放頂操作，同時在頂板鉆采2～3個深度為10 m左右，傾斜角度為30°左右的鉆孔。

試驗(yàn)工作面整個推進(jìn)過程流暢，煤炭的采出率可達(dá)90%，工作過程中單臺液壓支架的最大工作阻力為1 700 kN，此阻力值相當(dāng)于支架額定工作阻力的41%，此阻力值出現(xiàn)在工作面60m處。當(dāng)頂板出現(xiàn)初次來壓時，支架的壓力顯現(xiàn)值為3 600 kN，排除強(qiáng)制放頂對各別位置支架阻力影響外，其余各支架的最大工作阻力均未超過其最大值。其中，整個工作面內(nèi)的平均工作阻力為1 500 kN，僅為額定工作阻力的35%，工作面中最大工作阻力為2 800 kN，為額定工作阻力的68%，且當(dāng)工作面推進(jìn)至65m位置時才出現(xiàn)初次來壓。試驗(yàn)結(jié)果表明，此類型液壓支架配合使用強(qiáng)制放頂，在頂板出現(xiàn)周期來壓時能夠穩(wěn)定運(yùn)行，有效承受初次來壓的沖擊，能夠有效滿足工作面支撐要求。

4 結(jié)論

1）相似模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)工作處理頂板的處理方式為強(qiáng)制放頂時，液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度降低。

2）鏈懸拼梁式液壓支架能夠有效完成支護(hù)過程中的鎖架、調(diào)架及柔性連接等功能，同時，配合強(qiáng)制放頂之后，這一支架類型能夠有效滿足淺煤層的開采要求。

3）鏈懸拼梁式液壓支架在試驗(yàn)工作面的成功應(yīng)用，有效提高了工作面采出率，同時有效改善了工作面的頂板支護(hù)情況，為進(jìn)一步改善工作面的支護(hù)方式提供了理論及實(shí)踐指導(dǎo)。