单体液压支柱初撑力观测分析及提高方法.pdf

2 0 1 0年第7期 中州煤炭 总第 1 7 5期 单体液压支柱初撑力观测分析及提高方法 冯 军 ， 刘志 田， 王长 臣 河 南煤 业 化 工 集 团 永煤 公 司 鑫龙 煤 业 ， 河 南 安 阳4 5 5 1 3 3 摘要 通过矿压观测， 分析 了支柱荷载及支柱初 撑力 的频率分布 ， 结合井 下实际条件 ， 总结 了一套“ 简单、 可 靠 、 经济 、 高效” 的提高单体液压 支柱初撑力 的方 法， 从 而使 工作 面单体液压支柱初 撑力损失减少到最低 程 度 ， 把初撑力提高到最佳水 平。 关键 词 单 体 液 压 支柱 ； 初 撑 力 ； 支 柱 荷 载 ； 矿 压 显 现 中图分类号 T D 3 5 5 ． 3 文献标识 码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 0 0 7 0 0 7 4 0 2 单体液压支柱以其投资小、 操作简便 、 安全程度 高 、 适用性强等优点在 国内中小煤矿 的使用率极高 ， 单体液压支柱工作面产量占全国煤炭产量的一半以 上。但单体液压支柱工作面存在初撑力普遍较低的 问题 ， 究其 原 因主要是 煤矿井 下恶劣 的劳 动环境 、 复 杂 多变 的地质环境 ， 以及 劳 动 者 的教 育 培训 和管 理 的复杂程 度 造 成 的⋯ 。 针对 提 高单 体 液 压 支 柱 工 作面初撑力问题 ， 安阳大众煤业公司 以下称“ 大众 煤矿” 进行了矿压观测 ， 在分析支柱荷载及支柱初 撑力频率分布的基础上 ， 总结了一套 “ 简单 、 可靠 、 经济 、 高效 ” 的提高 单体液 压支柱 初撑 力 的方 法 。 1 矿 井 概 况 大众煤矿开采 的二， 煤层赋存于 山西组下部 ， 位于北岔沟砂岩和大 占砂岩之间。赋存标高 一1 0 0 ～一 8 1 8 m， 埋 深 2 5 0～1 0 5 8 m， 上 距 砂 锅 窑 砂 岩 S s 平 均 6 7 ． 7 6 m， 下距 L 灰岩 平均 3 4 ． 0 0 m。煤 层倾角 6 。 ～ 2 9 。 ， 一 般小 于 2 3 。 ， 煤 厚 0 ． 5 4～ 8 ． 4 9 m， 平均厚 4 ． 2 9 m， 煤 厚 变 化 规 律不 是 十 分 明显 ， 但 总 体厚度 2～ 7 m居多。二． 煤层偶见炭 质泥岩或泥 岩伪顶 ， 直接顶 板多 为砂质 泥岩 和泥岩 ， 局 部 为粉砂 岩和 中细粒 砂 岩 ， 岩 石 抗 压 强 度 较 高 ， 属 易 控 制 顶 板。二． 煤直接底板多为泥岩 ， 个别钻孑 L 为砂质泥 岩 ， 局部 有炭质 泥 岩伪 底 ， 属 易 变形 的较 软底 板 ， 不 易于控制 。 收稿 日期 2 0 1 00 3 2 2 作者简介冯 军 1 9 7 2 一 ， 男 ， 河南浚县人 ， 工 程师， 1 9 9 3年毕业 于焦作煤炭工业学校 ， 从事煤矿安全生产管理 等工作 。 7 4 2 矿 压 观 测 1 方法。在支柱初设时， 用测压表测初撑力 。 ，在 支柱 达 到 最大 载 荷 时 ， 测 最 大 阻 力 R 。 。循 环 时 间记 录 ， 每班取 平均值 ， 根据 需要进 行专项 观测 。 2 测点 布置 。 以大众 煤矿 1 2 0 8 1工 作 面 为试 验工作 面 ， 在 工作 面上 、 中 、 下 3处设置 3个测 区 ， 每 个测 区观测 3个 断 面 。工 作 面 测 站 布 置 如 图 1所 示 ， 每 测站布 置 3条测 线 。 工作 面推进方向 U 1 测站 2 测站 3 测站 4 测站 5 m ． 4 o m _ I一 3 0 m I 一 4 0 m i 1 5 m 、 T T l ’ f l l 1 2 0 8 1 lT作砸 图 1 工作面测站布置示意 回 风 巷 3 支柱载 荷 分 布情 况 。 1 一4 测 站读 数 分 别 为 2 4 0 ， 2 4 0 ， 2 3 4， 2 2 5个 。 将 测 站 全 部 读 数 按 组 距 2 0 k N列 表统 计 支 柱 载荷 出现 次 数 ， 经 计 算 得 出总 体支柱载荷频率分布 表 1 。 4 支柱初撑力频率分布。在 8 2个初撑力实 测数 据 中， 其 最小 值 为 0 ， 即取下 限 为 0 ； 最大 为 8 6 ． 3 5 k N， 取 上 限 为 8 8 k N。在 其 上 、 下 限 间 ， 按 组 距 8 k N列 表求 出支柱初 撑力 频率分 布 图 2 。 5 矿压显现特 征分析。①支 柱载荷小于 4 0 k N的为 6 0 ． 8 ％ ， 小于 8 O k N的 占 8 5 ． 9 ％ ； 支柱 载荷 大于 3 0 0 k N的仅 占 0 ． 1 0 6 ％。支柱载荷最 大读 数 的平均最大值为 1 2 2 k N， 仅达到该工作面支柱额定 工作阻力 3 0 0 k N 的4 0 ． 7 ％。由此可见 ， 工作面支 运输巷 2 0 1 0年第 7期 冯 军等 单体 液压 支柱初 撑 力观 测分析 及提 高 方法 总 第 1 7 5期 柱实 际工作 阻力 偏 低 ， 虽 有 个 别 支 柱超 过 了额 定 工 作阻力 ， 但 频数较 低 。 因此 ， 该 工作 面支 柱 阻力未 能 充分用 于 支撑顶 板 ， 必 须 采 取 提 高 支柱 阻 力 的有 效 措施。②由初撑力频率分布 图 2 可 以看出， 支柱 初撑 力 小 于 4 0 k N 的 占 6 5 ． 9 ％ ， 大 于 8 0 k N 的 占 1 ． 1 3 ％ 。初撑 力 均 没 有 达 到 规 定 的 9 0 k N， 如 此 低 的支柱 初撑 力对 减 少 顶 底板 移 近量 、 充 分 发 挥 支 柱 支撑顶 板 的作用 是不 利 的 ， 易 于引起 上部 岩层 离层 ， 出现安 全 隐患 。 因此 ， 必 须 把 提 高支 柱 初 撑 力 和 加强支 护质 量监 督管 理作 为 主要 目标 和任务 。 表 1 总 体 支 柱 载 荷 频 率 分 布 载荷 范 围／ k N 支柱载荷次数 至 煤 壁 距 离／ m ． 5 1 ． 7 2． 9 7 9 5 0 3 4 7 7 7 4 5 8 2 8 3 5 2 6 1 4 3 1 3 9 7 8 1 5 鼓 频 率 ％ O～2 O 2 04 0 4 06 0 6 08 0 8 0～1 O 0 1 O O～1 2 O 1 2 O一1 4 0 1 4 0～1 6 0 l 6 Ol 8 O l 8 O～2 0 0 2 0 0～2 2 0 2 2 0～2 4 0 2 4 0～2 6 0 2 6 0～2 8 0 2 8 0～3 O O 3 O 03 2 O 0 O 0 0 1 1 2 7 2 2 8 ． 9 6 0 2 9 9 31 ． 8 4 O l 2 4 1 3 ． 2 0 0 1 l 2 l 1 ． 9 O 0 3 9 4 ． 1 5 0 3 O 3 ． 1 9 0 l 4 1 ． 49 0 l 7 1 ． 8 1 0 4 0 ． 42 0 8 0．85 0 3 0 ． 3 1 9 3 0 ． 3 1 9 6 0 6 3 8 1 0 ． 1 O 6 6 0 6 3 8 l 0 ． 1 O 6 堡 2 5 臻 图 2初 撑 力 频 率 分 布 示 意 3 提 高单体 液压 支柱工作面初撑力 的方法 3 ． 1优 化技术 基础 技 术基础 工作 的主要方 向是 解决 设备 和 支护 刚 度 方面 的 问题 ， 包 括合 理调 定乳 化液 泵 的泵 压 、 选择 适 宜 的底 座及 参数 、 选 定合 理 的支柱 高度 、 选定 功能 较 全的 注液枪 等 。对 于工作 面来 说必 须做 好 的工作 有 ①控制好支柱 的高度 ， 使 之与工作 面采高相适 应 ， 保证初撑刚度 ； ②加强乳化液泵管系统的检修 ， 调 定乳 化液 泵 的合理 泵压 ； ③ 配置 高强度 柱鞋 ， 减少 支柱钻 底量 ， 改变 工作 面支 护状 态 ； ④配 备新 型注液 枪 ， 要求 每个 支柱 初撑 力不 低 于设定 值 ； ⑤ 做好 初排 支 柱 的补液 ， 确保 每根 支柱 初撑 力达 到规 定值 ； ⑥尽 可能避免多处同时用枪作业或多点同时升柱。 3 ． 2加 强职 工培 训 通 过 改善 工 作 环 境 和对 一 线 工人 进 行 培训 ， 增 进 人与 劳动 环境 的 和谐 ， 提 高 工 作 效 率 。把 培训 作 为 提高 工作 面单 体液 压支 柱初 撑力 的重 点 。 1 切实 树立 “ 初 撑力第 一 ” 的 思想 。各 级 领导 思 想上 要足 够重 视 ， 充 分 认识 到初 撑 力 在 顶 板控 制 中的作 用 ， 认 识 到初撑 力与 安全 生产 的关 系 。 2 对 采 场工人 进 行 全 面 培训 。加强 对 职 工 的 支 护质 量意识 和 安 全思 想 的教 育 ， 举 办 矿 压 基本 知 识 学习 班 。抓 好 基 层 队伍 建 设 ， 提 高 兵 头 将 尾 的作 用 ， 对 其 进 行 轮 流 培 训 ， 促 使 其 认 识 到 “ 初 撑 力 第 一 ” 就是 抓好 工作 面支 护质 量 的重要 环节 。 3 ． 3 强 化质 量监 督管 理 1 成 立 初撑力 综 合 治 理领 导 小 组 。提 高初 撑 力 的关 键是合 理设 计 、 措施 得力 ， 既 治标 又治本 。成 立初 撑 力综合 治 理领 导小 组 ， 协 调配 合现 场 、 优 化设 计 、 强化 宣传 教育 ， 有关 部 门必 须 统 一 思想 ， 提 高认 识 ， 齐抓 共管 。 2 把 初撑 力合 格 作 为 支柱 验 收 的一 个 重要 指 标 。结 合工作 面 的 特点 ， 抓住 初撑 力 和 支 护 及 时性 这些 重 点 ， 把 测初 排 支 柱 支撑 力纳 入 正 常 工 程质 量 检查 的内容 ， 根据测定合格率来确定工程质量等级。 严格 初 撑力检 查 验 收制 度 ， 每班 设 有 专 业 人 员检 测 支柱 的 初撑力 ， 达 不 到要 求 的令 其 返 工 。质 量监 测 与班 组 、 个人 评级 计资 挂钩 ， 做 到初 撑力 和顶板 控制 班组 化 、 日常 化 、 科 学 化 。 3 配备 初 撑 力 专 职 检 查 队伍 ， 建 立 岗位 责 任 制 。建立 一 支 由支柱 管 理 工 种 组 成 的专 门小 组 ， 主 要 负责 工作 面初 排 支柱 的二 次 补 液 、 初 撑 力 的测 定 评价 和 矿 山压 力 的 观测 记 录 ， 负责 工 作 面 支 柱 和顶 梁 的使用 、 维 护 、 回收 和管 理 。 4 其 他质 量保 证 和 监 督管 理 措 施 。加 强 支柱 的现 场使 用管 理 ， 对 失 效 的支 柱 要 及 时更 换 。支 柱 在井 下储 存 3个 月 以上 、 使 用超 过 8个 月 ， 或者 采完 一 个工作面 ， 必须检修 ， 不得直接转入其他接替工作 面使用。加强支柱的维修管理 、 提高支柱检修质量， 搞好稳压试验。达不到标准要求 下转第 7 7页 ． 75 O 5 9 7 6 4 6 O 3 2 2 2 O 4 5 O ●O O O 0 O 0 一 3 2 O 3 ● o O 0 0 2 0 1 0年第 7期 尚有仕 悬移 支架 放顶 煤工作 面 大坡度仰 采技术 实践 总第 1 7 5期 Ⅱ 型梁支 护 后 立 柱 间 距 大 ， 有 利 于 放 煤 口的 管 理 ， 工作 面采 出率能 提高 2 ％ ～ 3 ％ 。 4 超前 防 范 ， 减 少 顶 板 事 故 。悬 移 支 架 的前 探梁在 采煤 过程 中 能及 时 对 顶 板 进行 超 前 支 护 ， 从 而减少 因顶板 破 碎 、 支 护不 及时 造成 的 冒顶 现象 。 3 ． 2悬 移支 架的缺 点 适 用地质 条件 变化 能力 差 。 当工 作 面地质 条件 发生变 化 ， 特 别是 当顶底 板 在走 向或倾 向起 伏不 平 、 出现过 断层俯 采 或仰 采 时 ， 支 架 上 仰 或 下 扎 范 围有 限 ， 一 般 不 能超 过 0 ． 2 m ／ m。因 为 支架 与 支 架 问 由 刚性托梁 硬性 连 接成 一 个 整 体 ， 单 个 支架 不 能随 意 移 动 。 4 3 2 0 2工作面大坡度仰 采存在 问题 3 2 0 2工 作 面倾 向平 均 坡 度 1 9 。 ， 工 作 面 开 始 回 采 9 0 m后 将过 落差 6 I n断层 ， 工作 面 支架从 煤层 底 板逐 渐摸 顶板进 入 断 层 另 一 盘 ， 工作 面仰 采 坡 度 达 到 1 9 。 。由于悬 移 支 架 适 应 角 度 变 化 能 力 较 差 ， 过 断层 期 间支架 上方 顶煤厚 度逐 渐减 少 ， 顶煤 易垮 落 ， 造 成流 煤 、 流矸 、 架 上空 顶 ， 支 架 前 梁高 、 后 立 柱低 ， 支架 管理 困难 ， 支架 整体 支护 强度 达不 到设 计要求 ， 威胁 工作 面作业 人员 安全 。 5 采取措施 1 工作面过断层 前及时调整工作面方 向， 使 工作 面方 向与断 层 走 向之 间 的夹 角 尽 量 增 大 ， 使 断 层在 工作 面 回采 时 逐 渐揭 露 ， 在 丁作 面 中暴 露 面 积 不超 过 4～ 6架支 架 ， 以避 免与 断层 交汇 面积过 大难 以控 制顶板 。 2 在 断层 暴 露 上 下 2 0 m 范 围 内顶 板 难 以控 制 ， 采 取超 前炮 采挑 顶 留底 煤 、 架 临 时 棚 支 护 ， 然后 移悬移 支架 。方 法 是 先 在 悬移 支 架 煤 墙 侧 放炮 挑 顶 ， 然 后沿工 作 面走 向 ， 悬 移支 架前 探 梁 前 端架 设 2 m1 5 0 m m 1 5 0 m m 长 宽 高 两 面 平 木料 配 上接 第 7 5页 的支柱 一律 不 下井 。 4 结语 通 过实施 “ 优 化技 术 基 础 、 加 强 职 工 教育 培 训 、 强化质 量监 督 管 理 ” ， 大 众 煤 矿 工 作 面 单 体 液 压 支 柱初撑 力合 格 率 有 了 明显 提 高 ， 基 本 达 到 了 9 0 ％ ， 有 效提 高 了采 煤工 作 面的 抗 灾 能力 ， 确 保 了矿井 的 安 全生产 。 单 体柱 支护 ， 起 到超 前支 护 作用 ， “ 一 梁 j 三 柱 ” ， 棚距 0 ． 5 0 ． 1 m， 每组 悬 移支架 上 2棚 ， 炮 采 采 高 1 ． 9 0 ． 1 IN 。移架 前 ， 伸 出前 梁 将 2 m 两 面 平 木 料 去 掉 ， 更 换 为长 1 m 的 两 面 平 木 料 ， “ 一 梁 二 柱 ” 。炮 采 挑顶 高度 1 5 0～2 0 0 m m， 适 应 悬 移 支架 上 仰 角 度 的要求 。超前支 护 棚 单 体柱 必须 穿 柱 鞋 ， 柱 鞋 采用 悬 移 支 架 专 用 铁 柱 鞋 ， 在 铁 柱 鞋 下 再 用 3 0 0 m m x 2 0 0 mn l X 2 0 0 m m 的方 木或 采用 2 m 2 0 0 mm 2 0 0 mm 的两面 平木 料垫 上 ， 确 保 支柱支 护强 度 。 3 由于工 作 面仰 采 坡 度 ， 再 加 上 悬 移 支 架 顶 梁 与 底 托 梁 问 连 接 的 弹 簧 销 最 大 起 伏 高 度 为 6 0 mm， 为 防止 弹 簧销 损 坏 ， 保 证 支 架 仰 采 期 间 仰俯 稳 定 性 ， 当悬移 支架 移架 时 ， 采用底 托 梁下 打单 体柱配 合 移架 ， 确保 悬 移支架 有效 地接 触顶 板 ， 以保 持支架 稳 定 。 4 丌 型梁 支护 段支 柱 支设 应 根 据工 作 面倾 斜 角 度和 仰采 角度 确 定支 柱 迎 山角 ， 既 要 使 单 体 柱在 倾 斜方 向上 有一 定 的迎 山角 ， 又要 使 单 体 柱 在 仰斜 方向上有一定 的迎 山角 倾斜按 6 。～8 。 迎 l 。 ， 仰斜 按 8 。～1 0 。 迎 1 。 。 5 在过 断 层 地 段 悬 移 支 架 下 采 用 小 垛 、 戗 棚 等特 殊 支护加 固支架 。在仰 采地 段悬 移 支架下 使用 术抬 棚对 支架 进行 加 固 ， 抬 棚沿倾 向架设 ， 每 个抬棚 加 固 2架 悬 移 支 架 ， 采 用 “ 一 梁 三 柱 ” 式 抬 棚 ， 相 邻 抬棚 交错 布 置 ， 加 固 抬 棚 向煤 墙 侧 倾 斜 l 0 。～l 5 。 ， 防止 支架 向采 空 区侧移 动 ， 起到 加 固 、 稳定 支架 的作 用 6 结 语 在 3 2 0 2 1 二 作 面过断 层 大坡度 仰采 过程 中 ， 采取 有效 措施 ， 消除 了悬移 支架 顶板 控制 中的难 点 ， 杜绝 了煤 墙 片帮 、 冒顶 事故 的发 生 ； 克 服 了悬移 支架适 应 地质 条件 变化 能力 差 的不 利 因素 ， 保 证 了 __r 作 面 过 断层 期 间的安 全生 产 。 责任 编辑 刘光雨 参考 文献 [ 1 ] 陈虹微． 单体 液压 支柱初 撑力影 响 因素探 讨 [ J ]煤 矿机 械， 2 0 01 1 1 3 6 3 7 ． [ 2 ] 王文博 单 体液 压支 柱初撑 力 不足 的原 分析 [ J ] ．煤矿 安 全 ， 1 9 91 1 4 5_ 4 8 ． 责任 编辑 秦 爱新 7 7