郭庄煤业井下液压支架在复杂地质条件下的稳定性分析

张建明

（山西潞安郭庄煤业有限责任公司，山西 长治 046100）

郭庄煤业3312综采面位于三采区东南底部，东为实煤体，西为3313老空区，南为实煤体，北临三采区皮带巷。该煤层赋存于二叠系山西组地层中下部，为陆相湖泊沉积。结合3181号钻孔及三顺槽煤层结构情况，煤层厚度稳定，其煤层平均厚度约为6.14m，煤层倾角为东西+10°～+16°。其煤层地质情况如表1所示。

在实际综采作业过程中，因地质条件复杂，液压支架在支护过程中存在着支护不稳的现象，给煤矿井下综采作业造成了较大的隐患。因此公司成立专门技术攻关小组，对郭庄煤业井下液压支架在复杂地质条件下的稳定性进行分析，提升综采作业的安全性。

表1 郭庄煤业3312综采面地质情况汇总

1 液压支架复杂地形条件下的承载稳定性

为了对综采面工作时各液压支架的承载特性进行分析，项目组在井下液压支架上设置了压力传感器，对各液压支架立柱的受力情况进行不间断的监测。在监测期内该综采面上的初次来压步距约为36.3m，其平均周期来压步距约为12.2m。在综采作业期间各液压支架的平均工作阻力统计如图1所示。为了便于分析，本文在支护液压支架组的前端、中部及后部选择了编号分别为35、65、75、85、95、105、115、125的液压支架为分析基准，用于分析在综采作业期间作用在液压支架上的载荷的分布情况。

图1 综采期间各液压支架工作阻力分布情况

由监测统计结果可知，在综采作业期间各液压支架的工作阻力分布情况呈正态分布趋势，工作阻力分布合理，各支架的阻力多数分布在1900～8700kN之间，仅编号为75的液压支架在工作时的最大受力达到了12743kN。通过对综采作业期间的矿压监测情况分析，该处支架受力突然增加的原因在于巷道顶板处于来压周期内，导致出现了来压冲击。

2 液压支架动态稳定性影响因素

液压支架在煤矿井下支护过程中的稳定性主要包括支护时的纵向稳定性和横向的稳定性。其纵向稳定性主要受液压支架的支护载荷变化影响，特别是当井下在放煤过程中会导致液压支架的支护载荷在短时间内发生明显的变化，此时最易产生液压支架的纵向失稳，因此要特别对放煤工艺进行研究，避免液压支架的载荷在短时间内发生大的波动。液压支架的横向稳定性主要和液压支架两侧的立柱的受力情况有关，当液压支架两侧立柱受力差异较大时，就会产生液压支架的横向失稳。

3 郭庄煤业的应用情况

通过对郭庄煤业井下液压支架在综采过程中的受力分析及液压支架失稳影响因素的分析，结合郭庄煤业井下实际情况，提出了以下提高液压支架支护稳定性的优化方案。

（1）液压支架移架时间的优化。根据液压支架在不同阶段的工作阻力变化情况，针对性地对各阶段的移架时间进行优化。通过试验验证将液压支架在综采初期（推进前35m内）的单架移架时间由最初的37s缩短为26.1s，降低移架时对临近液压支架的影响。在综采作业的后期（推进到约850m以后），将移架时间由最初的37s增大到目前的44.3s，避免快速移架导致的顶板矿压波动，使作用在各液压支架上两侧立柱上的载荷缓慢变化，防止液压支架产生横向失稳。

（2）放煤时间的优化。根据分析，放煤时会导致作用在液压支架上的载荷在短时间内发生较大的变化，极易使液压支架产生纵向失稳，因此根据实际验证，提出了一种新的放煤控制方案。由于井下综采环境复杂，所以当井下液压支架后侧放煤量大时需要增加放煤时间（约为正常放煤时间的120%），当液压支架的后侧放煤量少时则减少放煤时间（约为正常放煤时间的90%）。通过对放煤时间的调整能够显著提升液压支架在复杂地质环境条件下的支护稳定性，避免由于载荷变化较大而导致的失稳现象。

（3）当煤矿井下遇到断层落差时的处理。煤矿井下落差过大会严重影响液压支架在支护过程中的稳定性。根据在煤矿井下的实际试验验证，当断层落差较小时，会使综采面的液压支架片帮情况突出，因此在该工况下可优先选用二柱式液压支架，降低发生片帮事故的概率。当煤矿井下断层落差较大时，优先采用四柱式大采高液压支架，同时对液压支架支护底座部分设置挡护结构，防止出现下滑。当井下综采过程中出现断层风化区域时，需要加强对风化位置的防护，避免发生垮塌事故，可采用双层金属护网防护结构。

4 结论

本文针对郭庄煤业井下液压支架在复杂地质条件下支护稳定性差的缺陷，成立技术攻关小组，以ZF7000/20/36型液压支架为研究对象，对其在综采过程中的支护阻力分布情况进行了实时监测，根据监测结果制定了相应的优化方案，根据在郭庄煤业井下的实际应用表明：

（1）在综采作业期间各液压支架的工作阻力分布情况呈正态分布趋势，仅编号为75的液压支架在工作时的最大受力达到了12743kN。通过对综采作业期间的矿压监测情况分析，该处支架受力突然增加的原因在于巷道顶板处于来压周期内，导致出现了来压冲击。

（2）将液压支架在综采初期的单架移架时间缩短，在综采作业的后期，将移架时间增大，能够避免快速移架导致的顶板矿压波动，使作用在各液压支架上两侧立柱上的载荷缓慢变化，防止液压支架产生横向失稳。

（3）当井下液压支架后侧放煤量大时需要增加放煤时间，当液压支架的后侧放煤量少时则减少放煤时间。通过对放煤时间的调整能够显著提升液压支架在复杂地质环境条件下的支护稳定性，避免由于载荷变化较大而导致的失稳现象。