大采高综放工作面液压支架适应性分析

王润军

（山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司，山西 大同 037100）

山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司设计生产能力为240万t/a，现开采煤层为22#煤层，属石炭二叠纪煤层，平均厚度为12m，井田内共分东、南和北盘区。105工作面位于井田南盘区东翼，工作面走向长度为1790m，倾向长度为233m，工作面平均回采煤层厚度为9m。工作面直接顶主要以粉砂岩与炭质泥岩混合层为主，岩石脆性大，呈鳞状结构，平均厚度为4.5m，在构造应力及回采压力的影响下该岩石层极不稳定，易垮落。105工作面采用综合机械化走向长壁后退式大采高低位放顶煤回采工艺。工作面采用ZF13000/25/38型液压支架。

1 105工作面顶板支护设计

1.1 ZF13000/25/38型液压支架参数

105工作面稳装的ZF13000/25/38型液压支架参数如表1所示。

表1 ZF13000/25/38型液压支架参数

1.2 液压支架布置方式及工作阻力观察

（1）105工作面回采期间共安装130架，其中机头和机尾各三架端头支架型号为 ZFZ2000/28.5/42，中间架124组型号为ZF13000/25/38。

（2）105工作面回采期间采用型号为CDW-60支架压力记录仪对支架压力进行采集，每隔20架安装一台支架压力记录仪，每班安排专职人员对记录仪数据进行采集并上传到计算机上进行汇总统计。

2 105工作面矿压实测结果分析

105工作面自安装CDW-60支架压力记录仪进行数据采集观测，直至观测结束共计用了4个月，工作面推进距离为570m，通过对观测数据统计分析发现105工作面矿压显现具有以下特点。

（1）基本顶来压规律。随着105工作面回采推进，工作面采空区顶板暴露面积逐渐增大，工作面顶板压力也随之增大。根据数据统计分析发现，当105工作面初次来压时，靠近工作面中部及输送机机头部压力相对较大，平均循环阻力达到9700kN，达到液压支架额定工作阻力的74.6%，整个工作面初次来压步距为35m。

（2）顶板周期来压规律。通过安装的支架压力记录仪测出数据分析发现，105工作面周期来压步距为25m，在周期来压期间9#、18#、78#、112#支架工作阻力相对均匀，平均阻力为7400kN；而5#、123#支架在周期来压时工作阻力相对较大，平均阻力为9112kN，从实测数据整体上看，工作面支架平均阻力为6340kN，是支架额定阻力的48.7%，由此可见ZF13000/25/38型液压支架满足生产需要。

（3）顶板垮落特性。通过观测数据统计分析发现，105工作面顶板垮落特性与工作面推进速度相关，随着工作面推进速度加大，工作面顶板垮落步距也随之加大，当工作面推进速度在3.5～5.5m/d时，顶板存在长度为2m的暴露悬顶，且通过顶板观察仪器对基本顶观察发现，在周期来压时上下位基本顶断裂的时间基本一致，且断裂线位置超前煤壁2.5m左右，随推进速度的增加，顶板离层破坏范围越小。

（4）105工作面回采速度6m/d，工作面推进速度快，所以当工作面出现周期来压时，工作面能够快速摆脱压力影响，大大缩短了来压影响时间及影响范围。由于工作面平均周期来压步距为25m，工作面每隔四天将出现一次周期来压，工作面周期来压相对频繁。

（5）通过数据观察发现105工作面在周期来压时动载系数相对较小，同时在工作面遇特殊地质构造如断层、节理、裂隙时，周期来压影响范围及强度相对较大。

3 液压支架承载特性及初撑力分析

3.1 105工作面液压支架承载特性

（1）ZF13000/25/38型支架立柱升降特性。根据支架压力记录仪监测数据发现，工作面在周期来压时90%以上的液压支架立柱能够达到一次性增阻状态。105工作面推进速度相对较快，支架立柱能够随顶板下沉及时增大阻力，有利于顶板稳定性。

（2）支架增阻特性。当105工作面推进速度加大时，液压支架一个工作循环时间将会缩短，支架初撑力加大时循环增阻量也随之加大，所以保持支架具有足够的初撑力，可有效提高支架支护性能。

3.2 105工作面液压支架初撑力分析

（1）通过105工作面现场对支架初撑力观察发现，工作面ZF13000/25/38型支架初撑力未达到预期效果，工作面机头、机尾段支架初撑力相对较大，平均值为9300kN，而中部支架初撑力平均低于8500kN，工作面整体支架平均支撑力相对降低。

（2）根据生产实际情况确定了105工作面液压支架初撑力不符合设计要求主要有以下几方面原因：①工作面乳化液泵压力不符合要求，同时在移架推溜时液压管出现断裂漏液现象严重；②升架时间相对较短，造成支架立柱未升到位，支架不接顶或接顶不严实。

4 结语

（1）105工作面液压支架受力统计分析可看出，ZF13000/25/38型支架初撑力及工作阻力富裕系数较大，能满足顶板支护需要。

（2）工作面周期来压期间，支架初撑力有时未达到设计效果，主要原因是由于设备零部件损坏造成的，与支架初撑力设计无关。

（3）通过矿压数值处理分析得出，105工作面超前支承压力影响范围在30～42.5m之间，在实际生产过程中，超前距离应确定为55m。