大倾角综采工作面支架运行状态测试研究

大倾角综采工作面支架运行状态测试研究　李恩国（大屯煤电（集团）有限责任公司，江苏徐州２２１６１１）　摘要：为了准确掌握徐州某煤矿７２０１大倾角工作面支架的受力及运行状态，特进行了工作面液压支架初撑力、工作阻力等状　态的监测，通过监测工作面液压支架初撑力、工作阻力变化，分析液压支架与围岩运移的适应程度，确定工作面液压支架初撑力、支架　工作阻力的经济合理值。从而得到老顶的运动规律，分析结果为后续综采工作面围岩控制、安全高效生产提供保证。　关键词：大倾角；综采工作面；工作阻力；矿压规律　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｇｒａｓｐ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ￣ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｓｔａｔｅ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｉｎｃｌｉｎｅｄ　ｆｕｌｌｙ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｆａｃｅ　７２０１　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｍｏｎｉｔｏｒ　Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｓｅｔｉｔｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｅｔ－　ｒｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ａｎｄ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｍｉｒａｔｇｉｏｎ　ｔｏ　ｄｅ—　ｇｒｅｅ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔｎｃｅ　ａａｎｄ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｕｐｐｏｒｔ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｏｏｆ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｏｒｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋｓ　ａｎｄ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｅｍｃｉｅｎｔ　ｐｒｏ．　ｄｕｃｔｉｏｎ．．．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ　ｉｎｃｌｉｎｅｄ；Ｆｕｌｌｙ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｆａｃｅ；Ｗｏｒｋｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔｎｃｅ　Ｍｉａｎｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—０１５５．２０１３．０６．０４１　中图分类号：Ｆ４０７．２１；ＴＤ３５５’．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—０１５５（２０１３）０６－００６５—０２　１工作面概况　７２０１综采工作面走向长５３０ｍ，工作面净长１０７ｍ，　煤层厚度１．２～２．６ｍ，平均厚度２．２ｍ。煤层倾角在　１９。一２８。，平均倾角２１。，煤层直接顶为泥岩，厚度０．２３　２．８７ｍ，平均厚度０．５５ｍ。老顶为砂质泥岩和细砂　岩，砂质泥岩厚度０．９８—２．５６ｍ，平均厚２．３９ｍ，细砂岩　厚度１．２ｌ～３．９２ｍ，平均厚２．８４ｍ。工作面支护采用　７．，１３６００—１　１／２３型急倾斜支撑掩护式液压支架。　～２监测方案　２多功能监测系统安装布置图　通过监测工作面液压支架工作阻力的变化，分析　大倾角工作面矿压压力总体分布规律，工作面布置两　个测区分别为中部测区（Ａ区）和下部测区（Ｂ区），测　区布置如图ｌ所示：　压力监测采用ＫＢＪ一２００４Ｂ型矿用多功能监测系　统，自工作面下端头而上依次编号，Ａ测区布置一台监　测系统，监测２８＃、２９＃、３０＃、３１碘计四部支架的压力变　化情况，Ｂ测区，监测３７＃、３８＃、３９＃、４０＃共计四部支架　的工作状况。　每台ＫＢＪ一２００４Ｂ型矿用多功能监测系统前后共　有八个通道，每个通道　都有编号，分别为ｌ＃、２　＃、３＃、４＃、５＃、６＃、７＃、８＃，　３支架工作阻力分析　表１　Ａ测区支架初撑力与末阻力统计分析表　＼柱　２８＃　阻值　初撑力平均值　前后支柱　末阻力平均值　前后支柱　＼　（ＭＰａ）　２０．７　１０．５　１８．１４　１８＿３５　２０．载荷比　１．９７　（ＭＰａ）　２０．７８　２－３８　载荷比　８．７３　前上　后下　２９●　前上　后下　前上　Ｏ．０【）９　ｌ８－４７　９．２６　１．９９　３０幸　５３　１６．１９　１．１３　２２．７６　１７．０５　５．８７　后下　３Ｉ章　ｌ８．１７　３．８６　４．６３　前上　后下　１９．０４　４．１ｌ　２ｎ７６　４．１ｌ　５．０５　表２　Ｂ测区支架初撑力与末阻力统计分析表　＼柱　３７　阻值　初撑力平均值　前后支柱　末阻力平均值　前后支柱　＼　（ＭＰａ）　载荷比　】．３５　（ＭＰａ）　ｌ９．２６　—０．１６　２２．４　０２．５７　１１，４８　载荷比　３７ｔ后下　出现拉力　Ｂ．５８　每两个通道设为一组单　元（按编号依次分组），　每一个单元的两个通道　分别监测一部支架的对　角线立柱即每台矿用多　前上　１８．４　０后下　１３．３３　前上　２１．２２　后下　１７．５ｌ　１８．４５　３８掌　ｌ＿ｌ５　图１测区布置图　３９，　前上　Ｉ９．４５　后下　１４．７５　ｌ＿３２　２０．８３　０　８２　２５．４　功能监测系统可同时监测４部支架。布置情况见图２。　４０　前上　ｌ７．９３　后下　１７．７ｌ　１．０】　ｌ７．９２　８．５８　２．０９　收稿日期：２０１３—０４—１１　作者简介：李恩国（１９７４一），男，山东临清人，２０１０年毕业于山东科技大学采矿工程专业，工程师，现在大屯煤电（集团）有限责任　公司从事煤矿生产管理工作。　・６５・　表３支架平均工作阻力分析（单位：ＭＰａ）　２８＃　２９＃　３Ｏ＃　３ｌ＃　表４各测区历次周期来压参数表　＼柱　基本参数　＼　前上ｌ后下　前上Ｉ后下　前上ｌ后下　前上Ｉ后下　８．２４９　ｌ一０．３４８　１．２２９　Ｉ　４．０２２２　１８．８９０　ｌ　２２．１７６　３．８０７　Ｉ一４．１８３　３７＃　３８＃　３９＃　４０＃　来压时间　５月２４日　间隔时间　来压强度　来压步距　，天　４　，ＭＰａ　／ｍ　ｌ２　２８＃前上柱　５月２７日　５月３１日　３　４　２２—２６　９　１２　前上Ｉ后下　前上Ｉ后下　前上Ｉ后下　前上ｌ后下　１７．６４７　ｌ　２２．８２６　３１．３４７　ｌ　０．４１２　１８．５３６　ｌ　６．９６４　１５．４８３　Ｉ　ｏ．６３　３．１支架初撑力工作特性与适应性分析　由表１、２统计分析可知，Ａ测区支架平均初撑力　为１６．１９ＭＰａ，占ＺＪ３６００—１　１／２３型液压支架额定初撑　力的５１％，最大初撑力为２０．５３ＭＰａ，占额定初撑力的　６４．８％；Ｂ测区支架平均初撑力为１８．４５ＭＰａ，最大初撑　５月２３日　５　１５　２９＃前上柱　５月２８日　５月３１日　５月３０日　５　３．５　４　３　２４—２６　ｌ５　１０．５　１２　９　３０＃前上柱　６月Ｉ１日　２７—２９　５月２１日　３　９　３ｌ＃前上柱　５月２６日　３　２３～２７　９　力为２１．２２ＭＰａ，平均初撑力和最大初撑力占额定初撑　力的百分比分别为５５．３％和６４．１％。通过分析，工作　面支架在对顶板作用时，支架初撑力利用率偏低，大部　分未达到初撑力的８０％，不符合煤矿质量标准化要求。　根据现场观测情况，支架初撑力偏低的原因主要　有ｌ一是工人移架到位后，升柱时注液时间太短，当支　架顶梁刚刚与顶板接触时，便停止注夜，无法达到额定　值；二是采煤机在进刀采煤时，有割顶现象，以致顶板　凹凸不平，支架顶梁与顶板结合不紧密，导致初撑力偏　低；三是部分支架存在漏液现象。　３．２支架末阻力工作特性与适应性分析　由表１、２、３统计分析可知，Ａ测区支架工作阻力平　均为１７．０５ＭＰａ，支架最大平均工作阻力为２２．７６ＭＰａ，　分别占支架额定工作阻力的４８．３％和６４．２％；Ｂ测区　支架末阻力平均为１１．４８ＭＰａ，最大平均工作阻力为　２２．ＩＭＭＰａ，分别占支架额定工作阻力的３２．４％，和　６１．３％。实测数据表明，大多数情况下前柱工作阻力普　遍大于后柱，前后柱最大载荷比为４．６３，在实际生产中　往往因压力集中单个支护而导致其破坏。在整个观测　期间，未发现有超过支架额定工作阻力的数据，２９＃支　架在个别时段工作阻力达到３２　ＭＰａ超过压力阀设定　值（３１．５　ＭＰａ），但仍然没有超过支架额定工作阻力　（３５．４　ＭＰａ）。由此可知，支架工作阻力在实际应用过　程中能较好地实现对工作面顶板的支撑作用，所选支　架能满足工作面的回采要求。　４工作面矿压显现规律　工作面直接顶与老顶的活动规律可通过工作面支　架运行状态间接反映出来，通过监测结果可确定工作　面的来压特征，从而分析工作面矿压显现规律。这里　取２０１２年４月１２日～８月２４日时间段的工作面液压　支架压力趋势监测图进行分析。根据第一测区内周期　来压综合分析曲线和单个支架前后柱压力对比曲线，　以及相应的实测数据，确定周期来压情况如表４。　由上表分析，整个工作面的来压步距集中在ｌ０　１５ｍ之间，平均１２ｍ左右，间隔时间平均３．５天，在周　期来压时，来压强度不大，只有个别支架工作组里超过　额定阻力，来压期间支架的前柱压力也大于后柱压力。　・６６・　５月３１日　４．５　ｌ２　６月１７日　２　６　６月２０日　３　９　３７＃前上柱　６月２１日　６月２３日　２　ｌ８～３２　６　６月２７日　３．５　ｌＯ．５　６月２Ｏ日　３．５　ｌＯ．５　３８埔目上柱　６月２３日　３　１８～３２　９　６月２６日　３　９　６月２０月　４　１２　３９＃前　柱　６月２３日　３　１９—３１　９　６月２７日　４　ｌ２　６月ｌ９日　５　１５　４０＃前上柱　６月２３日　４　ｌ９—３５　ｌ２　６月２８日　４　ｌ２　５结论　（１）实测工作面支架工作阻力变化情况可知，工作　面支架初撑力的利用率偏低，为达到综采面初撑力不　低于８０％的质量要求。为保证工作面的安全高效回　采，应在实际生产中保持较高的初撑力；所选支架基本　能满足大倾角工作面的支护要求。　（２）支架虽然在比较富裕的工作阻力下运行，但是　前后支柱受力不一致，导致支架整体受力不均，大多数　情况下前柱工作阻力普遍大于后柱，表现出支架整体　承载点靠近工作面前柱，其原因是直接顶由于受支架　反复支撑的作用，致使直接顶破碎，支架后方随着顶板　垮落漏空。　（３）大倾角工作面周期来压力步距为１０～１５ｍ，平　均为１２ｍ，间隔时间平均３．５天，来压强度不大。　参考文献：　［１］钱鸣高，刘听成．矿山压力及其控制（修订版）［Ｍ］．北京：煤　炭工业出版社，１９９２．　［２］郝宪杰，许家林．综采支架工作阻力确定方法综述［Ｊ］．神华　科技，２００２，１２：３１—３６．　［３］钱鸣高，缪协兴．采场支架与围岩耦合作用机理研究［Ｊ］．煤　炭学报，１９９６，２１（１）：４０—４４．　［４］刘长友．采场直接顶整体力学特性及支架围岩关系的研究　［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，１９９７．　（责任编辑：熊红婴）