阳煤一矿大采高工作面液压支架适用性分析

阎小亮

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿，山西　阳泉　045008）

1　工作面概况

S8310工作面走向长1 084m，可采走向长1 043 m，采长220m，可采储量180万t。井下位于南条带三采区东部，东部为南条带二采区，南部为二采区S8211工作面（未掘），西部为S8309工作面（未掘），北部为S8308工作面（未掘）。本工作面为实体煤工作面，四周工作面均未回采。

本工作面煤层赋存稳定，结构复杂，煤层总厚度最大6.46m，最小6.35m，平均厚度6.41m，煤层倾角最大12°，最小3°，平均6°；工作面基本顶为灰色石灰岩，厚度11.4m；直接顶为黑色泥岩，厚度0.85m；直接底为灰色泥岩，厚度0.95m；基本底为灰白色细砂岩，厚度5.30m，坚硬，水平层理。

本工作面采用走向长壁大采高一次采全高自动化采煤方法，全部跨落法管理顶板。将采高控制在6.5m。日循环进度5.6m，循环进度0.8m，工作面回采率c=93%，日产量约为11 000 t，服务期限大约6.1个月。

2　液压支架的计算

大采高综采液压支架支护强度确定方法，可从以下两个方面计算支架的支护强度：

为保证液压支架的正常工作，其支护强度以满足最大支护强度为准，S8310工作面煤层采高6.51m，直接顶厚12.5m，由工作面上方0.85m的黑色泥岩、1.95m的石灰岩、3.85m的黑色泥岩、2.55m石灰岩、1.25m黑色泥岩和1.8m的石灰岩组成，随着工作面的推进而冒落，基本顶为工作面上方厚11.3m的黑色泥岩，黑色致密难冒落，要求支护强度较高。并且结合液压支架支护强度常用确定方法，可从以下两个方面计算支架的支护强度。

2.1　用估算法确定支架支护强度

按照这种方法计算时，认为工作面支架工作阻力应大于冒落带顶板岩层的质量和基本顶失稳时对支架的动载，计算公式为：

式中：Pm为工作面支架所需支护强度，MPa；Kd为基本顶失稳时的动载系数，一般为1.1～1.8，15号煤层基本顶为黑色泥岩，基本顶失稳时对液压支架工作阻力影响比较大，考虑到S8310工作面为大采高综采工作面，Kd可适当取较大的安全系数，取1.6；q冒为冒落带岩层自重应力，q冒=hγ，γ为顶板岩层容重，取25 kN/m3；根据煤层结构，15号煤层基本顶板为黑色泥岩，按中硬顶板考虑，冒落带高度h范围为12.25～23.55m，计算取最大值23.55m。

依据以上分析，15号煤层需要的支架强度为：Pm=1.6×25×23.55=942 kN/m2≈0.94MPa。

2.2　按倍数岩重法公式计算

工作面液压支架支护阻力的岩重法计算公式如下：

式中：n为岩重倍数，一般取4～8，为了考虑最大要求支护要求，取最大值8；hm为采高，取最大值6.51m；γ为上覆岩层容重，25 kN/m2；α为煤层倾角，取平均值6°。

代入数据，qH=8×6.51×25×cos6°=1193 kN/m2=1.29MPa。

根据以上两种计算方法，并考虑一定的安全系数，可以确定液压支架的支护强度应不小于1.29 MPa。

3　液压支架选型及参数

因此在S8310工作面中部选择采用ZY12000/30/68D型液压支架，过渡支架选择采用ZYG12000/26/56D型过渡支架，端头支护选择采用ZYD1200/22.5/45D型端头支架，液压支架性能参数见下页表1、表2、表3。

按照理论计算，中部液压支架支护强度要求不小于1.29MPa，对比中部液压支架的技术参数表可知，其支护强度可达1.32MPa，大于理论要求的1.29 MPa，从支护强度考虑时，液压支架符合S8310工作面支护强度要求，并且这类支架的结构件强度高，采高合适。

表1　中部液压支架主要技术参数

表2　过渡液压支架主要技术参数

4　支架适用性分析

图1为统计计算分析而得到的S8310大采高综采面整面支架循环末阻力分布频率直方图。由图1可以看出，综采面整面支架循环末阻力主要分布在32～40MPa范围内，占统计循环数的65.38%，见表4。

支架循环末工作阻力分析：循环末工作阻力大多分布在8 659～11 202 kN之间，占总数的65.38%，小于8 659 kN的占26.93%，大于11 202 kN的占7.69%。总体来说，支架支撑能力比较适中，特别在顶板来压时，大多数支架都接近额定工作阻力。

表3　端头液压支架主要技术参数

图1　S8310工作面整面支架循环末阻力分布频率

根据阳煤一矿S8310大采高综采面三机说明书对工作面支架的描述，可知当支架达到额定工作阻力12 182 kN时，立柱载荷约为43.5MPa。从安全的角度出发，工作面支架的工作阻力应该有15～20%的富裕，所以，选用11 771～12 182 kN/架的工作阻力是合理的。

综上分析可知，工作面支架选型较合理，基本能满足工作面的支护要求。但考虑到工作面支架立柱循环工作阻力大部分小于额定工作阻力，虽然大部分支架的循环末阻力最大值没有超出额定工作阻力，但个别支架的循环末阻力达到了额定工作阻力的90%以上，甚至达到额定值，表明工作面有时来压比较剧烈且来压动载系数较高。从综采面整体上看，支架工作阻力基本上得到了充分发挥，但还需加强综采面支护质量管理，特别是在综采面开采过程中对支架初撑力的管理，并要及时调节支架的受力状态，以确保综采面支架的正常运行。

表4　S8310工作面整面支架循环末阻力分布频率统计表

5　结语

通过对阳煤一矿S8310大采高综采面液压支架进行支护阻力观测，对工作面现用液压支架的适应性进行评估分析，掌握支架对顶板的支撑效果，为设计合理的支护参数和改进工作面支护质量提供理论依据。