综采工作面液压支架适应性研究

庞启云 任利冬 田嘉俊

（山西煤炭运销集团金达煤业有限公司，山西 吕梁 032300）

本文根据金达矿11 号煤层11201 工作面液压支架选型情况，通过现场实际监测分析了支架对顶板的适应性，为后续工作面安全高效开采提供了参考。

1 工作面概况及支架主要技术参数

11201 工作面位于二采区东北部，为采区内首采工作面。工作面所采煤层为石炭系下统太原组11号煤层，煤层厚为1.9～2.9 m，平均厚度为2.4 m。煤层内含多层软弱岩层，整体可采性良好。工作面长180 m，推进长度1587 m。工作面基本顶为K2石灰岩，平均厚度为5.1 m；直接顶为泥岩及砂质泥岩，平均厚度为6.8 m；工作面底板为泥岩及砂质泥岩，平均厚度为6.4 m。

工作面使用113 架ZY5200/17.5/28D 型四柱支撑掩护式液压支架，主要技术参数如下：

型号：ZY5200/17.5/28D；

型式：支撑掩护；

支护范围：1.75～2.8 m；

额定初撑力：3783 kN（P=31.5 MPa）；

额定工作阻力：5200 kN（P=43.3 MPa）；

中心距：1.5 m；

支护强度：不低于0.65 MPa；

控制方式：电液控制。

2 支架适应性分析

工作面开采期间对支架立柱应力、偏载情况、初撑力方法、活柱下缩情况进行监测与统计分析，全面分析支架适应性情况

2.1 立柱应力分析

图1 为开采期间支架立柱应力总体分布情况，由图可知：

（1）整个监测期间支架立柱应力主要集中在15～30 MPa 之间，其中非来压期间立柱应力主要在20～30 MPa 之间，来压时立柱最大应力为38.9 MPa，均低于安全阀开启压力。立柱应力具有一定的富余，表明工作面支架设计的额定工作阻力可以满足实际支护要求。

（2）工作面支架左右立柱所受应力基本相等，无偏载现象。表明实际支护过程中支架具有相对稳定的工作状态，在满足支护强度的前提下与顶板具有良好的协同变形能力。

（3）通过统计分析，工作面初次来压步距为42.5 m，最大周期来压步距为23 m，最小周期来压步距为14 m，平均来压步距为17 m。来压期间支架最大动载系数为1.64，最小动载系数为1.39，平均动载系数为1.48。动载系数变化幅度较小，表明工作面顶板来压强度剧烈程度较小，顶板管理难度中等。

图1 立柱应力分布曲线

2.2 初撑力分析

图2 为工作面开采期间所监测的支架初撑力及工作阻力统计数据所得出的应力分布直方图，分析可知：

（1）支架初撑力在10 MPa 以上所占比率为74.6%。其中初撑力为10～15 MPa 所占比率为36.6%，初撑力为15～20 MPa 所占比率为17.5%，初撑力为20～25 MPa 所占比率为20.5%。初撑力低于10 MPa 所占比率为25.4%。

（2）根据分析可知开采过程中支架整体初撑力偏低，实际初撑力均低于额定初撑力，且绝大部分支架初撑力均低于额定初撑力的80%，在后续支护过程中应特别重视。

（3）现场实践表明，支架初撑力较低时，其工作阻力也相对较低，可能会导致来压期间顶板对支架造成一定的冲击，不利于工作面安全支护。因此在后续生产过程中应特别重视，严格根据泵站压力进液，保证实际初撑力不低于额定初撑力的80%。

2.3 活柱下缩量分析

表1 为监测期间工作面不同位置支架来压期间活柱下缩量统计表。分析可知，支架立柱下缩量主要集中于40～100 mm 之间，占74.86%，其中立柱下缩量为70～80 mm 时所占比率为32.74。来压期间立柱总体下缩量相对较大，分析其主要原因为初撑力较低，导致来压期间上覆岩层顶板对顶梁造成一定的冲击，导致活柱下缩量增大，对工作面顶板的维护造成一定的影响。

图2 支架初撑力分布直方图

表1 支架立柱下缩量统计表

3 支架合理工作阻力分析

根据现场应力监测数据统计分析结果，实际支护过程中支架合理工作阻力按下式计算：

式中：

Pm-统计得出来压期间支架平均最大工作阻力，根据现场实测数据，取32.16 MPa；

σm-统计得出平均最大工作阻力标准均方差，1.24 MPa；

K-置信系数，取1.3。

带入式（1），得P=33.78 MPa，小于立柱安全阀开启压力。表明所涉及的支架工作阻力具有一定的富余，可以满足工作面支护要求。

4 结语

金达矿10201 综放工作面支架额定工作阻力可以满足工作面实际支护要求，但在实际支护过程中初撑力普遍偏低，导致来压期间支架受顶板冲击作用较大，立柱下缩量较大，对工作面产生一定的影响。在后续开采过程中应特别注意提高初撑力，进一步提高支护效率，维护工作面作业空间安全。