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关于超强矿压综放工作面支架工作阻力优化研究

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：薄晓洁

[导读] 摘要：超强矿压工作面在煤矿开采中，工作面顶板较为沉重，极易发生压架事故，影响工程顺利进行，甚至危害工作人员人身安全。

        昌吉州能源安全监测中心新疆昌吉市 831100
        摘要：超强矿压工作面在煤矿开采中，工作面顶板较为沉重，极易发生压架事故，影响工程顺利进行，甚至危害工作人员人身安全。对此，根据综放工作面实际情况，了解超强矿压具体情况，掌握支架工作的阻力，全面落实支架工作的阻力优化，以此推动综放工作面开采工作顺利进行。
        关键词：超强矿压；综放工作面；支架工作；阻力优化
        前言
        新形势下，综放工作面开采技术应用越发广泛，煤层采动对工作面影响范围也逐渐扩大，上覆顶板结构、运动规律等表现出新特点，此时，在部分综放工作面开采中，逐渐出现支架工作阻力难以达到要求、支架缺乏适应性等问题，影响了煤层开采效率与开采安全性[1]。基于此，深入研究压架机理，分析工作面矿压实际数据，对支架工作阻力不断优化，具有重要意义。
        1、超强矿压综放工作面支架工作机理分析
        1.1、顶板结构与运动特点
        因工作面所处环境复杂，为保障工作面作业的顺利展开，应做好地质条件的详细勘探。通过合理的勘察方式，对本地煤矿某复杂工作面进行勘查，勘探内容包括工作面超强矿压、工作面顶煤结构、综放支架工作阻力等详细勘探，最终得出综放工作面的结构模型[2]。具体如图1所示。

        图1综放工作面初采结构模型
        在本次勘探中，综放工作面的顶板结构具有如下特征：
        顶煤。综放工作面的顶煤厚度约有9m，超前支架的切顶线约有1650m冒落，在本次工程中，冒落线在支架前柱和后柱之间。
        工作面内直接顶的特征。在本次工作面勘查中，直接顶厚度大约为10m，主体岩层主要由泥岩与砾粗砂岩构成，直接覆盖于综放工作面上，泥岩抗拉强度最大约10.67MPa，砾粗砂岩抗拉强度最大约7.2MPa。
        顶板的特征。在该工作面上，受到超强矿压影响，顶板具有明显周期性，因此，基本顶存在周期性断裂。并且，在勘查中发现，工作面的基本顶主要由粗砂岩构成，厚度约8m，周期断裂的步距较大，在20m左右。
        因为，采空区充填率不足，导致基本顶拥有较大回转量，回转量的公式如下：
        △h＝h＋hdγ－Mz（k-1）－hd（1-γ）（k-1）
        在计算公式中，△h代表基本顶的回转量，h代表采高，为3.9m，hd代表顶煤厚度，为9m，γ代表顶煤的采出几率，为0.85，Mz表示直接顶的厚度，为10m，k表示直接顶的税胀系数，为1.3，最终得出：△h＝7.15m。
        1.2、压架分析
        在综放工作面开采时，因超强矿压与支架工作阻力影响，极易导致压架事故。对工作面的顶板结构详细分析得出，压架事故之所以发生，主要三种因素：其一，冒采比相对较小。
        在工作面开采工作展开前，勘查得知，工作面采高为4m左右，放煤高度为7.5m左右，直接顶厚度为10m，得出实际冒采比--0.87。若采空区内充满冒采直接顶，则基本顶无下沉量，最终得出最优冒采比--2.45。由此可见，实际冒采比明显较低。其二，顶板具有较强韧性。直接顶并不能随意采落，通常以悬臂梁周期性垮落，悬顶距越11-13m，约为两个支架控顶距。长悬顶作为顶板，增大了矿压强度，同时，采空区充填率降低，基本顶运动空间增大。其三，顶煤超前冒落。在本次综放工作面开采中，支架因后方悬空，受载并不均匀，据调查显示，前柱液的压均值在24.45-26.4MPa之间，后柱液的压均值在9.76-12.2MPa之间，后柱利用率不足，工作阻力作用难以发挥。在超强矿压影响下，前柱阻力增大，压力高于后柱，极易表现出栽头、拔后柱等现象，整架工作阻力的作用难以发挥，支架阻力的利用率较低。
        2、综放工作面支架工作阻力优化
        2.1、全面发挥支架工作阻力的效能
        为预防压架事故发生，影响工作面开采顺利进行，甚至威胁工作人员人身安全，应加强支架工作阻力的优化[3]。应在掌握顶板结构的特点、运动规律的情况下，以安全生产为基础，加强现有支架的更新升级，更高效发挥支架工作阻力的作用。当前，在超强矿压综放工作面开采中，支架作用非常重要，然而，在超强矿压下，支架冻灾系数、活柱缩量显著增大，对此，应着重提升支架顶板控制水平。首先，应增强泵站压力。将原有泵站压力31.4MPa提升到37MPa，保障支架的初撑力达标，降低顶板下沉。其次，提高直接工作状态的科学性。具体可通过限制放煤、及时移架等多种方式达到目的。同时，可通过控制支架顶梁的仰俯角，使其变化控制在±10°之间，避免后柱受力太小产生拉力。
        2.2、优化支架结构
        其一，面对顶煤超前直接切顶线冒落，支架受载不均是主要因素。对此，应尽可能扩大支架顶梁所适应合力的作用点覆盖范围，前移支架顶梁的前柱窝，对支架合力作用点所处位置科学调整，提升支架顶梁的前端控制力。其二，面对支架初撑力难以发挥的局面，应重视综放液压支架初撑力的提升，保障初撑力满足控顶需求。而面对顶板冒性困难这一问题，应增强支架切顶水平。其三，在超强矿压下，当来压时，动载系数相应增大，顶煤冒落越发严重，应优化设计顶梁结构，控制综放工作面上存在的片帮问题与片帮防护问题。其四，综放工作面上的动载系数较大，顶板冲击的载荷较大，通常情况下，来压强烈，为推动立柱压力迅速释放，应积极研发大流量安全阀，因为，支架工作阻力越大，支架立柱的缸径越大，回液措施难以达到迅速降柱的目标，还应针对性研究一款回液迅速的技术，保障移架迅速，满足工程需求。
        3、总结
        总而言之，在超强矿压综放工作面上，为更好作业，并保障作业人员的人身安全，应加强支架工作阻力的优化，全面发挥支架工作阻力的效能，优化支架结构，如此，推动工作顺利进行。而综放支架的阻力优化，也展现了本次工作面的顶板结构、运动规律等，有效提升了生产效率，推动了我国煤炭开采水平进一步提升。
        参考文献
        [1]曾得国.综放工作面支架工作阻力及适应性分析研究[J].中国矿山工程,2019(6):35-39.
        [2]郎军.超强矿压综放工作面支架工作阻力优化研究[J].煤炭科学技术,2018,46(12):124-130.
        [3]张宏伟,周坤友,荣海,等.浅埋深大采高工作面矿压显现及支架适应性研究[J].煤炭科学技术,2017(4):20-21.
        作者简介
        薄晓洁（1988.6.20-）性别：女学历：本科籍贯：黑龙江五常市现任昌吉州能源安全监测中心助理工程师，主要从事主要从事能源安全监管、能源安全监测信息化平台建设等工作。