两柱掩护式液压支架损坏情况分析

吕金龙

（中煤北京煤矿机械有限责任公司，北京 102400）

两柱掩护式液压支架损坏情况分析

吕金龙

（中煤北京煤矿机械有限责任公司，北京 102400）

本文对两柱掩护式液压支架掩护梁使用损坏进行了探讨，分析了掩护梁使用过程中损坏的原因，总结了我国目前两柱掩护式液压支架的设计、使用应遵循的原则，提出了设计、使用、维护应注意的事项。

掩护式液压支架；选型；结构设计；掩护梁；矿山应用

我国煤炭资源赋存条件千差万别，与其相适应的支护设备自然千变万化。实现高产高效高回收率是煤炭开采一直努力的方向。

随着国内综采技术和煤机制造技术水平的不断提高，煤机装备得到了迅速的发展，并在采煤工艺和液压支架装备水平上有新的突破，逐步趋于完善。液压支架架型，从目前使用情况来看，多采用二柱型掩护式液压支架，根据不同地质条件、使用习惯等获得推广应用，并取得较好效果。但在使用过程中，也出现了一些问题。本文仅就二柱掩护式液压支架的有关设计、使用等情况进行探讨。

1.矿区开采技术条件

1.1岩石工程地质特征

井田地形地貌和地质构造简单，地层岩性较单一，岩体结构多为厚层状，岩体各向异性，饱水抗压强度一般为20MPa～40MPa，属于中硬为主的层状矿床。可采煤层顶板多属中等冒落到难冒落顶板，稳定性较好；底板多以泥岩、粉砂质泥岩为主，强度较低，局部易产生底鼓现象。井田工程地质勘探类型可划分为三类一型，即层状岩类简单型矿床。

1.2开采范围

工作面煤层底板标高为835m～ 865m，地面标高为1213m～1230m。工作面推进长度3625m、工作面长279.5m。

1.3煤层赋存特征

1.3.1煤层赋存条件

工作面煤层倾角0～1°，平均倾角0.7°；煤层厚度2.84m～5.28m，平均厚度4.7m。

1.3.2煤质及顶底板情况

煤质情况：颜色为黑色，沥青光泽为主，油脂光泽次之，以亮煤为主，次为半亮、半暗煤，部分暗淡、夹炭质泥岩。内生裂隙不甚发育，裂隙被方解石脉或黄铁矿薄膜充填。

顶底板特征：直接顶为灰白色中厚层状中粒砂岩及薄层状粉砂岩，含白云母碎片及暗色矿物，分选性较差，次棱角状，硬度中等。老顶下部位为灰绿色中粒砂岩，上部为灰绿色薄层状粉砂岩，加有2.7m厚的灰白色厚层状粗粒砂岩，缓坡状层理。底板大部分地段为泥岩，强度较小，砂岩次之，强度较大。除局部地段岩质较软，强度较小，易产生底鼓现象外，一般稳定性较好。

1.4配套设备（表1）

1.5工作面布置图（图1）

表1　

2.液压支架矿山使用情况

ZY12000/28/58D型液压支架，于2014年4月15日开始投入使用（井下安装使用165架），2014年5月6日、5月23日和6月8日，工作面周期来压时出现了部分支架压死并伴有高射支护状态，致使掩护梁盖板和顶梁柱窝焊缝出现不同程度的裂纹。截至2014年12月30日，掩护梁盖板开焊或开裂的支架共81台，顶梁柱窝焊缝出现裂纹的支架共94台。

3.液压支架损坏原因分析

3.1工作面初次来压强度大。工作面直接面对基本顶时，顶板完整性较好，造成采空区悬顶。当悬顶垮落时，顶板采空区一头着地以后，另一头仍然压在支架上直至顶板完全落地。造成支架较长时间承受顶板压力，容易造成支架损坏；

3.2矿压显现剧烈，支架支护能力偏小。

根据周期来压显示，50#～120#支架（压力集中区）瞬间压力达到了52MPa～55MPa，通过提高立柱安全阀调定压力到48MPa（支架工作阻力相当于达到13300kN），周期来压时支架出现高射状态明显减少，立柱卸载让压回缩量也明显减少，基本达到了支架正常工作时的泄压立柱回缩状态，支架的工作姿态与支顶护顶能力明显得到加强。所以，可初步判断支架能力偏小。

3.3冲击矿压较大，支架易打高射，使顶梁与掩护梁在175°时机械限位形成刚性组合梁，导致掩护梁在冲击压力下易掰裂。

3.4支架焊接质量存在一定问题。从现场支架损坏现象看，损坏均是焊缝先开裂，且裂口存在熔深不够现象。

4.提高支架适应能力措施

4.1提高支架主动支撑能力：将泵站压力由315bar提高到330bar，电控自动补偿压力值由252bar调整到300bar。

4.2提高采煤速度：工作面周期来压临近时，调整支架姿态，使顶梁处于近水平位置，保证支架受力良好，通过提高采煤速度与移架速度，迅速通过压力区。

4.3支架保持合理的支护高度：该套支架受力优化区段的支撑高度为4.0m～5.5m。在此状态下，支架支护能力可得到充分的发挥。

结语

（1）提高支架的工作阻力，保证可靠的支护能力。

（2）适当加大平衡千斤顶缸径，优化参数，避免出现顶梁“高射炮”现象。

（3）优化支架结构参数、选材和焊接工艺保证措施，提高液压支架结构可靠性。

（4）完善支架支护质量工况监测和预警系统设计。

（5）煤矿进一步开展工作面围岩物理力学参数测定、矿压观测、矿压规律分析和顶板控制技术研究。

（6）根据综采工作面围岩条件，研究制定工作面初次强制放顶参数和实施方案，对放顶效果进行监测，控制工作面悬顶面积，确保初次放顶效果。

［1］王国法.液压支架技术［M］.北京：煤炭工业出版社，1999.

［2］赵宏珠.综采面矿压与液压支架设计［M］.徐州：中国矿业学院出版社，1987.

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