ZY3200 型液壓支架在薄煤層采煤中的應(yīng)用

閆 鈺

（同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 朔州 036000）

引言

隨著煤炭開(kāi)采量的不斷提升，我國(guó)對(duì)煤礦安全的要求也在不斷提高，但是在實(shí)踐過(guò)程中，還是會(huì)經(jīng)?？吹接嘘P(guān)煤礦安全事故的報(bào)道[1-3]。液壓支架是確保煤礦開(kāi)采安全的重要措施和手段，在所有的煤礦開(kāi)采設(shè)備中液壓支架處于絕對(duì)核心地位[4]。所以必須充分結(jié)合煤層工作面實(shí)際情況來(lái)選用液壓支架型號(hào)，并保障煤礦井下安全[5-6]。

1 ZY3200 型液壓支架結(jié)構(gòu)組成及技術(shù)參數(shù)

1.1 液壓支架結(jié)構(gòu)組成

煤礦開(kāi)采過(guò)程中液壓支架是非常重要的支護(hù)設(shè)備，在保障采煤過(guò)程安全方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。如圖1 所示為ZY3200 型液壓支架的總體結(jié)構(gòu)圖。

1）頂梁。液壓支架在工作時(shí)頂梁與巷道頂板發(fā)生直接接觸，承受巷道頂板施加在液壓支架上面的力。頂梁上設(shè)計(jì)有與掩護(hù)梁和立柱進(jìn)行連接的結(jié)構(gòu)。

2）掩護(hù)梁。液壓支架工作時(shí)掩護(hù)梁同樣需要承受較大的載荷，載荷主要來(lái)自于頂板水平壓力、冒落巖石壓力。掩護(hù)梁往上和頂梁直接連接，往下和前后連桿通過(guò)鉸鏈的方式連接。掩護(hù)梁最大的作用是為井下人員提供安全作業(yè)區(qū)域。

3）底座。液壓支架底座與巷道底板發(fā)生直接接觸，液壓支架上部承受的力全部會(huì)傳遞到底座上，然后作用于巷道底板。因此，液壓支架底座必須擁有非常強(qiáng)的硬度和剛度。連桿和底座后端通過(guò)鉸鏈的方式連接，千斤頂設(shè)在底座中間位置，作用是為液壓支架以及刮板輸送機(jī)的移動(dòng)提供動(dòng)力。

圖1 ZY3200 型液壓支架總體結(jié)構(gòu)示意圖

4）立柱。立柱往上與頂梁連接，往下與底座連接，主要起到支撐的作用，頂梁上承受的力通過(guò)支柱傳遞到底座。液壓支架的高度可以通過(guò)支柱進(jìn)行調(diào)整。

5）操縱閥。是控制液壓支架的部分，操作人員通過(guò)對(duì)操縱閥的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的控制。

1.2 液壓支架技術(shù)參數(shù)

本文使用的液壓支架型號(hào)為ZY3200。該型號(hào)液壓支架的具體技術(shù)參數(shù)如下：工作阻力和初撐力分別為3 200 kN 和2 618 kN，支護(hù)強(qiáng)度和底板比壓分別為0.42 MPa 和2.24 MPa，能夠支撐的高度在900～2 000 mm 范圍內(nèi)，中心距離為1 500 mm，最大傾角可以達(dá)到30°。設(shè)備自身重量達(dá)到11 t。

1.3 采煤工作面情況概述

煤層埋深在535～658 m 范圍內(nèi)，平均埋深約為600 m。煤層厚度在1～1.5 m 范圍內(nèi)，平均煤層厚度約為1.2 m，屬于薄煤層。工作面周?chē)闆r比較復(fù)雜，東西兩個(gè)方向分布有尚未開(kāi)采的多個(gè)工作面，南邊方向?yàn)槟郴夭晒ぷ髅娴幕仫L(fēng)巷道，北邊方向存在有三個(gè)采空區(qū)。煤層巷道頂板再往上10～20 m 為另一個(gè)工作面。工作面所在區(qū)域的地表多為梯田或者丘陵，不存在較大的蓄水河流等，地表排水系統(tǒng)良好。經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)工作面瓦斯涌出量平均為0.12 m3/min，只要合理采取措施處理就不存在爆炸的危險(xiǎn)。煤層結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，整體相對(duì)穩(wěn)定。巷道的基本頂和直接頂分別以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，底板則以中砂巖和粉砂巖為主。圍巖上存在多條可能會(huì)對(duì)回采過(guò)程產(chǎn)生影響的斷層。局部區(qū)域存在涌水問(wèn)題，涌水量大約3～5 m3/h，最嚴(yán)重的時(shí)可以達(dá)到15 m3/h 左右。

2 液壓支架在采煤中的應(yīng)用效果分析

2.1 支架阻力監(jiān)測(cè)

在綜合考慮采煤工作面圍巖實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，選用ZY3200 型液壓支架進(jìn)行支護(hù)。為檢測(cè)該型號(hào)液壓支架在采煤工作面中的應(yīng)用效果，對(duì)液壓支架工作過(guò)程中的阻力實(shí)施監(jiān)測(cè)。將整個(gè)工作面劃分成為三個(gè)區(qū)域，分別為上部、中部和下部區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域分別設(shè)置1 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。如圖2 所示為液壓支架工作阻力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置情況簡(jiǎn)圖。

圖2 液壓支架工作阻力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置情況簡(jiǎn)圖

整個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)間持續(xù)將近3 個(gè)月，監(jiān)測(cè)采集得到了工作面往前推進(jìn)過(guò)程中，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)液壓支架的工作阻力大小。液壓支架工作阻力與工作面推進(jìn)距離之間的關(guān)系曲線分別如圖3、圖4、圖5 所示。

由圖中數(shù)據(jù)可以看出，在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，工作面上部區(qū)域總計(jì)出現(xiàn)了6 次周期來(lái)壓。經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，計(jì)算得到6 次周期來(lái)壓的步距平均值為18.2 m；非來(lái)壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 356.9 kN 和2 397.5 kN；來(lái)壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 609.5 kN 和2 709.3 kN；動(dòng)載的平均值和最大值分別為1.12 和1.18。其中，工作面上部區(qū)域在第1次周期來(lái)壓過(guò)程中，該區(qū)域的21 號(hào)—31 號(hào)液壓支架出現(xiàn)了小范圍的片幫問(wèn)題。

圖3 5 號(hào)液壓支架工作阻力的變化曲線

圖4 50 號(hào)液壓支架工作阻力的變化曲線

圖5 90 號(hào)液壓支架工作阻力的變化曲線

工作面中部區(qū)域在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間總計(jì)出現(xiàn)了6次周期來(lái)壓。計(jì)算得到6 次周期來(lái)壓的步距平均值為18.4 m；非來(lái)壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 382.2 kN 和2 446.3 kN；來(lái)壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 668.2 kN 和2 750.2 kN；動(dòng)載的平均值和最大值分別為1.13 和1.18。

工作面上部區(qū)域在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間總計(jì)出現(xiàn)了6次周期來(lái)壓。計(jì)算得到6 次周期來(lái)壓的步距平均值為18.9 m；非來(lái)壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 373.7 kN 和2 436.2 kN；來(lái)壓期間液壓支架的平均工作阻力和最大工作阻力分別為2 737.6 kN 和2 855.3 kN；動(dòng)載的平均值和最大值分別為1.16 和1.21。

基于上述對(duì)采煤工作面不同區(qū)域的液壓支架工作阻力數(shù)據(jù)分析可以看出，不同區(qū)域的來(lái)壓步距以及工作阻力差異不明顯，且動(dòng)載系數(shù)全部在1～1.5范圍內(nèi)。來(lái)壓期間所有液壓支架的工作情況相對(duì)較好，沒(méi)有發(fā)生壓架問(wèn)題。除在第1 次來(lái)壓過(guò)程中工作面上部區(qū)域出現(xiàn)了小范圍片幫問(wèn)題外，整個(gè)頂板沒(méi)有出現(xiàn)大面積片幫問(wèn)題。可見(jiàn)，液壓支架在采煤工作面中的應(yīng)用情況良好。

2.2 液壓支架在采煤應(yīng)用中的問(wèn)題及解決措施

采煤工作面巷道底板部分區(qū)域相對(duì)比較軟弱，在軟弱區(qū)域液壓支架底座容易陷入巷道底板內(nèi)部。ZY3200 型液壓支架為了應(yīng)對(duì)該問(wèn)題，在底座部分設(shè)置有抬底裝置。但對(duì)于巷道底板特別軟弱的區(qū)域而言，抬底裝置也無(wú)法起到實(shí)質(zhì)性的作用。導(dǎo)致的問(wèn)題就是液壓支架移動(dòng)困難，且在移動(dòng)過(guò)程中使得液壓支架和刮板輸送機(jī)中間灑落很多煤礦殘?jiān)?/p>

作面巷道頂板部分區(qū)域存在破碎問(wèn)題，導(dǎo)致這部分區(qū)域的工作面來(lái)壓相對(duì)較大。在這些區(qū)域?qū)σ簤褐Ъ苓M(jìn)行移動(dòng)時(shí)，就容易導(dǎo)致液壓支架之間出現(xiàn)顯著的錯(cuò)位。如下頁(yè)圖6 所示為相鄰液壓支架出現(xiàn)錯(cuò)位的現(xiàn)場(chǎng)圖片。

圖6 相鄰液壓支架出現(xiàn)錯(cuò)位的現(xiàn)場(chǎng)圖片

對(duì)上述液壓支架在工作面采煤應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，可以充分借鑒其他工作面類似問(wèn)題的解決措施。當(dāng)移動(dòng)液壓支架存在困難時(shí)，可以在輸送機(jī)和頂梁之間設(shè)置斜撐立柱，在斜撐立柱的作用下能夠?qū)⒁簤褐Ъ芴?，然后進(jìn)行移動(dòng)。對(duì)于灑落在輸送機(jī)和液壓支架上面的煤礦物料，則只能通過(guò)人工的方式進(jìn)行清理。導(dǎo)致煤礦物料灑落的原因之一是刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力不足。因此，需要采取措施提升運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)載能力。對(duì)于工作面巷道頂板存在破碎區(qū)域，可以采取的解決措施包括成組移架和帶壓移架，通過(guò)這樣的措施能夠顯著降低巷道頂板的破碎程度，進(jìn)而避免相鄰液壓支架出現(xiàn)錯(cuò)位的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1）經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，液壓支架在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中整體表現(xiàn)良好，監(jiān)測(cè)到的工作阻力均在支架的工作范圍內(nèi)，其他數(shù)據(jù)均比較理想。

2）有效保障了采煤工作面的安全，可以為其他工作面液壓支架的選型提供借鑒。