7.2m大采高液压支架的现场应用与适应性分析.pdf

总第 1 7 8期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 52 7 9 8 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 2 4 7 ． 2 m大 采高液压支架 的现 场应 用与适应性分析 解满锋 ， 韩月强， 许谦 潞安环能股份公司 王庄煤矿， 山西 长治0 4 6 0 3 1 摘要 针对潞安矿区松软厚煤层地质条件， 以王庄煤矿 8 1 0 1工作面选用的 z Y 1 5 O o 0 ／ 3 3 ／ 7 2 D型大采高液 压支架为分析对象， 根据实测的矿压数据及现场使用效果， 分析该液压支架的适应性， 为潞安矿区大采高 液压支架的选型提供参考。 关键词 松软厚煤层； 大采高综采； 7 ． 2 m大采高支架； 支架适应性 中图分 类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 4 0 6 0 0 6 8 0 3 潞安矿区位于沁水煤 田， 煤层厚度约 6～7 m． 自2 0世纪 8 O年代成功引进使用综放采煤工艺一直 沿用未变 ， 国内神华 、 晋城等煤炭企业相继试验成功 并采用了大采高一次采全高综采工艺 ， 大采高工艺 对 于提高 回采率、 降低 劳动强度 、 减少 回采成本、 提 高推进速度 等有着显著效果 。而潞安矿 区煤 层松 软， 与以往大采高使用条件不符， 采高过大容易造成 煤壁片帮。选择合适的液压支架提供相应的支护阻 力可以解决此类问题 ， 液压支架 的合理选型是大采 高综采在松软煤层使用成功的关键。本文根据液压 支架 的支护阻力及护帮板 的支护阻力的实测数据 ． 分析了 7 ． 2 I T I 大采 高液压支架在潞安矿 区的适应 性 ， 为同类条件下大采 高液压支架选型及设计提供 理论支持和技术保证。 1 工作面概况及大采高支架技术参数 1 ． 1 工作面 概 况 8 1 0 1大采高综采工作 面为王庄煤矿 8 1采区首 采工作面 ， 工作面沿走 向布置 ， 切 眼长 2 7 0 1T I ， 风、 运 两巷分别长 8 6 6 I n 、 9 3 9 n l ， 采用 U型通风方式。工 作面所采煤层为沁水煤 田3号煤 ． 煤层厚度稳定 ． 平 均为 6 ． 3 i n ， 直接顶为泥岩或砂质泥岩 ． 平均厚度为 2 ． 2 0 I n ， 基本顶为泥岩 ， 平均厚度为 1 0 ． 7 5 IT I 。 1 ． 2 大采高支架技术参数 工作面中间架选用 Z Y1 5 0 0 0 ／ 3 3 ／ 7 2 D型正规液 压支架 1 2 9架 ， 两 端头选 用 Z Y T 1 3 0 0 0 ／ 2 7 ／ 5 5型端 头 尾 液压支架 6架 ， 中间架与端头 尾 架分别选 用 Z Y1 5 0 0 0 ／ 3 3 ／ 7 2 A B 型过 渡支 架进行过渡 ， 风 、 运巷超前段采用超前液压支架支护。 6 8 Z Y 1 5 0 0 0 ／ 3 3 ／ 7 2 D型中间液压支架主要技术特 征如表 1 所示。 表 1 Z Y1 5 0 0 0 ／ 3 3 ／ 7 2 D型液压支架技术特征 项 目 参数 项 目 参数 支撑高度／ ram 3 3 0 0～ 7 2 0 0 支护宽度／ m m 1 8 8 0～2 1 3 0 初撑力／ k N 1 2 3 7 0 额定工作阻力／ k N 1 5 0 0 0 支护强度／ MP a 1 ． 2 4～1 ． 3 0 底座比压／ MP a 2 ． 5 2 ． 7 芝 架 中心距／ mm 2 0 5 0 支架推移步距／ mm 8 6 5 额定压力／ MP a 3 1 ． 5 操纵 方式 电液控 制 支架重量／ t 约 6 8 2 分析方 法 工作面安装 了一套综采工作面顶板动态监测系 统 ， 实时监测 、 记 录支架受力状况和工作面矿压显现 情况 。通过对支架动态受力分析 ， 并结合现场使用 情况 ， 进一步确定 7 ． 2 m大采高支架在松 软厚煤层 的适应性 。 为了分析各支架 的受力情况 ， 对支架工作 阻力 的频率分布情况进行统计分析。工作阻力频率分布 图是由支架 的工作 阻力在不 同区间的百分 比来确 定 ， 具体方法是划分 v个 区间， 分别统计支架工作 阻力在各 区间所 占的百分 比。评价支架的工作性能 和顶板冲击程度主要是 由支架的工作阻力在不同区 间的百分比来确定 ． 支架合理的工作 阻力分布应 为 一 个近似的正态分布形式 ， 处 于低阻力和高阻力 所 占整个区间很少 比例 。 中间部分所 占比例较大 。若 低阻力所占比例较大 ， 表明支架实际使用效率偏低 ， 富余量较大 若高阻力所 占比例较大 ， 说明支架长期 在超负荷状态工作 ， 支架额定工作阻力偏低 ． 不能满 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 4 1 作者简介 解满锋 1 9 7 1一 ， 男， 山西运城人， 工程师 ， 从事生产技术管理工作。 解满锋等 7 ． 2 m大采高液压支架的现场应用与适应性分析 第2 3卷第6期 足现场支护要求 。在这种工作条件下， 支架安全 阀 将频繁开启 ， 影响支架 的使用寿命 。 本 次 划 分 具 体 方 法 是 按 每 个 区 间 宽 度 为 1 5 0 0 k N 划分若干个区间 。 再统计支架工作阻力在 各 区间段 占的百分比。 3 支架工作阻力 3 ． 1 支架 平均 工作 阻力 根据工作面矿压观测 与数据处理 ， 各支架 的平 均工作阻力如表 2所示 ， 工作面中部压力 略高于工 作面两端头压力 。 这与一般近水平综采工作面的矿 压显现规律相似。支架的平均工作阻力大部分都在 9 0 0 0 k N以下 支架额定工作阻力为 1 5 0 0 0 k N ， 整 个工作面支架的平均工作 阻力为 7 5 3 4 k N， 说明本 工作面压力较低 ， 矿压显现不明显。 表 2 支 架平均工作阻力统计 支架号 1号 l 0号 2 O号 3 0号 4 O号 5 0号 6 O号 7 0号 8 0号 9 O号l O O号 1 l O号 3 ． 2 工作阻力频率分布 统计支架工作阻力在各区间段 占的百分 比。统计结 以每个 区间宽度为 1 5 0 0 k N划分若干个 区间 ， 果如表 3所示。 表 3 工作面支架工作阻力频率统计 ％ 区间 架 号 低阻力 区／1 0 0 k N 中阻力区／1 0 0 k N 4 5～6 0 6 O～7 5 7 5～9 0 9 O ～1 0 5 1 0 5 ～l 2 O 1 2 01 3 5 高 阻力 区／1 0 0 k N 1 3 51 5 0 1 5 0 1 号 l O号 2 O号 3 O号 4 0号 5 O号 6 0号 7 O号 8 O号 9 O号 1 0 0号 1 1 0号 区间 平 均 1 1 ． 6 1 5． 3 l 1． 1 2 7． 5 7． 7 1 1． 5 6 ． 8 6． 8 4． 9 8． 0 1 1． 3 1 0． 4 2 0 ． 4 3 0 ． 4 1 2 ． 0 1 7 ． 9 1 1 ． 0 1 5 ． 8 7 ． 9 1 4． 5 1 5 ． 5 9 ． 6 6 ． 4 1 2 ． 5 通过分析表 3 ． 工作 面支架工作阻力在低 阻力 区间的比例为 3 7 ． 4 ％， 且未发现大量支架漏液串液 现象 ， 说明支架普遍存在初撑力不足的现象 ； 处于中 阻力区间的比例为 5 6 ％ ； 处于高阻力 区间的比例为 足， 应加大支架的初撑力 ， 避免因初撑力不足引起工 作面的顶板离层 、 煤壁片帮等事故。 4 初撑力 的统计 与分析 6 ． 6 ％ ， 各支架超过额定工作阻力的 比例均很小 ， 说 支架的初撑力直接影 响到支架 的支护效果 ， 初 明安全 阀开启率很低， 这与现场实际观测结果相吻 撑力的大小对防止顶板离层 、 工作 面煤壁 的片帮起 合 ， 可见支架的支护能力能够满足工作面支护强度 着重要作用 。支架的初撑力应该尽可能大一些 。 但 要求。 是由于液压管路损失和机械强度极 限等原因限制 ， 1 2个监测支架 中 1号 、 1 0号、 2 0号 、 3 0号 、 4 0 支架初撑力不可能太大 ， 一般说来支架 的初撑力能 号、 5 0号 、 8 0号支架工作阻力大致成正态分布 ， 多数 达到额定初撑力的 8 5 ％以上属于合理 的范 围。 阻力分布在 4 5 0 0 1 2 0 0 0 k N。 说 明支架工作状态 为了分析工作面支架初撑力 的合理性 ， 采取了 比较理想。9 0号 、 1 0 0号、 1 1 0号支架处于低工作阻 数理统计方法分析了初撑力的频率分布以及各支架 力的比例偏大 。 各支架在 6 0 0 0 k N以下的比例分别 初撑力的平均值 ， 如表 4所示 。各支架 的初撑力频 为 4 2 ． 9 ％ 、 6 2 ． 2 ％ 、 4 7 ％ ， 说 明该 处支 架初撑 力不 率分布如表 5所示。 表 4 支架平均初撑力统计 支架 号 1 号 1 0号 2 O号 3 O号 4 O号 5 0号 6 0号 7 0号 8 O号 9 0号l O O号 1 l O号 1 4． 5 1 6． 5 1 4． 4 1 6． 4 1 8 ． 7 1 4． 2 l 8 ． 7 1 9． 2 l 4． 7 1 6． 5 1 5 ． 7 l 5 ． 2 1 6． 2 平均初撑 力／ M P a 总平均／ M P a 6 9 5 6 3 2 8 1 l 4 l l 5 O l O O l 6 O 8 2 ∞ _ 6 ● 6 6 掩 M m 1 2 3 5 9 8 0 6 8 6 m 。 7 7 9 4 7 2 0 9 2 8 墙 n M ∞ ■ ， B 加 n 掩 。 n ■ 4 一 ■ O H 6 l l 4 l 3 2 4 l 3 9 2 加 m M 4 7 3 2 2 1 2 O 4 5 8 3 3 6 6 。 m 一 O 8 O 6 8 5 4 6 7 3 4 8 卜一 “ H 2 0 1 4年6月 解满锋等 7 ． 2 m大采高液压支架的现场应用与适应性分析 at 2 3卷第6期 表 5 支架初撑力频率分布统计 ％ 通过以上分 析 ， 各支 架 的总平 均初 撑力 值 为 1 6 ． 2 M P a ， 占额定初撑力 3 1 ． 5 MP a 的 5 1 ． 4 ％ ， 严 重低于要求 的8 5 ％。各支架初撑力在 2 5 M P a 额定 初撑力 8 5 ％为 2 6 M P a 以上的比例很低。可见工作 面支架的初撑力低。 从现场来看造成支架初撑力低的原因主要为 1 泵站压力低 ， R MI T r i m a x S 5 0 0型乳化液泵 站 ， 额定压力为 3 7 ． 5 MP a 。 而实际应用 中泵站的输 出压力为 3 O ． 5 M P a ， 再加上液压管路压力损失 ， 造 成到达工作面的乳化液压力偏低。 2 同时操作的支架较多 ， 导致供液系统的压 力偏低 。 3 工人为了快速完成拉架 ． 在升架过程 中支 架刚接触顶板 即停止升架 ， 支架供液不充分 。 为了有效提高工作面支架 的初撑力 ， 建议采取 措施如下 1 提高乳化液泵站压力 ． 及时对泵站 的各个 部件进行检修 ， 确保乳化液泵的正常运行。 2 加大 对供 液管路 的检修 力度 。 杜绝 “ 跑、 冒、 滴 、 漏 、 窜 ” 现象 ， 保 证乳化 液配 比达到规 定浓 度 ， 及时更换损坏的或者开启压力偏低 的安全阀， 使 支架处于良好 的工作状态。 3 尽量避免多组支架 同时操作 ， 工人在进行 升架操作时 ， 当支架接顶后 ， 必须继续注液 2～3 S ， 使支架具有足够的初撑力 ， 然后停止供液。 5 护帮板受力状况 阻力不足时将影响护帮板对煤壁的主动支护能力。 8 1 0 1工作 面采用 三级 护帮板 ， 一 级 护帮 长度 1 ． 2 i n 、 二级护帮长度 1 ． 6 n o 、 三级护帮长度 0 ． 8 5 n l ， 总长度为 3 ． 6 5 I n 。为 了研究工作面护帮板 的使用 情况 ， 对一级护帮板千斤顶的压力进行 了观测。 经现场观测与统计 ， 1 O号、 2 O号 、 3 0号 、 4 0号 、 5 0号、 6 0号 、 7 0号 、 8 0号支架一级护帮板千斤顶 的 平均 工 作 阻 力 分 别 为 1 3 ．8 MP a 、 1 8 ． 5 MP a 、 8 45 MP a 1 3 9 MP a 2 2 ． 2 MP a 5 ． 7 MPa 、 1 3 ． 7 MP a 、 1 0 ． 8 MP a ． 平均值为 1 3 ． 4 MP a ， 远低 于支 架的额定 初撑 力 3 1 ． 5 M P a 。各 支架超 过 2 5 MP a 额定初撑力的 8 5 ％为 2 6 MP a 的比例很低 ， 分别为 8． 6％ 、3 6．7 ％ 、7．2％ 、2 7．8％ 、 4 0．5 ％ 、1 ．5％ 、 1 9 ． 5 ％、 1 5 ． 8 ％ ， 可见支架护帮板 的初撑力较低 ， 进 而造成支架护帮板的平均支护阻力较低。 护帮板支护阻力低 ， 安全阀很少开启 ， 没能全面 发挥护帮板对煤壁的支护作用。分析其原 因为 1 初始支护 阻力低 。由于支架 护帮板 的初 始支护阻力低 。 不能充分发挥逼帮板对煤壁的主动 支 护能 力 。 2 护帮板 千斤 顶不保压。护帮板千斤顶 初 始压力较高 ， 但由于千斤顶不保压造成护帮板支护 阻力降低 ， 进而影响工作面煤壁 的维护。 3 无效 支护。由于煤壁不平 整等原 因造成 护帮板和煤壁接触不 实． 初始支护 阻力无法达到高 阻力状态。 6 结语 通过对液压支架的实测数据分析 ． 工作阻力能 够满足来压时对顶板管理的要求 。 而初撑力 由于现 场多方面原 因导致初 撑力不足 ， 提高初撑力对于维 护顶板稳定 ， 减少顶板事故 的发生 、 保证安全生产意 义重大。总体而言所选 Z Y1 5 0 0 0 ／ 3 3 ／ 7 2 D两柱支撑 掩护式支架额定支护阻力 1 5 0 0 0 k N能够满足生产 的需求。 参考文献 [ 1 ] 杜计平 ， 孟宪瑞． 采矿学 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出 版社 ． 2 0 0 9 ． [ 2 ] 郭朋星， 赵辉． 大采高液压支架选型及适应性分析 大采高工作面煤壁 片帮时深度 较大， 进而导致 [ J ] ． 煤炭技术， 2 0 1 0 ， 2 9 1 2 4 - 6 ． 顶板管理 困难 。护帮板能够使工作面煤壁 由双 向受 [ 3 ] 钱鸣高， 石武平． 矿山压力与岩层控制[ M] ． 徐州 中 力状态向三向受力状态转化 ， 有效减轻工作 面的片 国矿业大学出版社， 2 0 0 3 帮程度 ， 因此护帮板对煤壁 的支护阻力越大越有利 一 一 一 于防止 壁片帮。因此工作面支架护帮板初始支护 [ 责任编辑 李月成] 7 0