综采液压支架初撑力有关问题的探讨.pdf

文章编号 1003- 5923200102- 0006- 03 综采液压支架初撑力有关问题的探讨 王俊杰,褚东升 晋城煤业集团 生产处,山西 晋城048006 摘 要分析我国长壁综采工作面液压支架的实际初撑力普遍偏低的现状及其产生的原因,探讨因此而 导致的一系列问题的机理和严重后果,并提出了改进建议和措施。 关键词综采;液压支架;初撑力 中图分类号TD35514 文献标识码 A 1 综采液压支架初撑力问题现状 111 实际初撑力偏低 自从有了综采液压支架,回采工作面顶板死亡 事故有了较大幅度的下降,这在一定程度上使人们 放松了对综采工作面的顶板管理,对初撑力问题缺 乏更深入细致的研究。 多年的生产实践表明,许多 综采工作面的顶板并没有得到有效控制,片帮、冒 顶、沿煤壁整体切顶事故频频出现,损坏、压垮支 架现象时有发生。 我国综采工作面影响生产时间的 统计分析表明,其中近70是由支架引起的,其中 片帮、 冒顶及压垮、 损坏支架事故对生产影响较大。 诚然,原因是多方面的,但其中一个重要的因素就 是支架实际初撑力的平均值达不到额定初撑力,且 远低于支架的标称工作阻力,支架的初撑比实际 初撑力与额定工作阻力之比值过低,即支架工作 阻力的实际利用率相当低。 西德Hı伊雷斯伯格的 统计为40～70 ,苏联 Р ıП ı茹拉列夫等的统计 仅为30～60。 阳泉煤业集团对W S- 117支架 的测定为60～80 ,平顶山一矿对Q Y200- 14 13支架测定为70 ,义马常村矿综采工作面矿压观 测资料则显示支架实际初撑力达不到额定初撑力 值的60 ,晋城煤业集团公司综采工作面支护质量 监测的统计分析则表明有80以上的支架实际初 撑力达不到额定初撑力值,该公司成庄矿3307放顶 煤综采工作面100的支架实际初撑力达不到额定 初撑力。 在支架设计选型时,常常忽视在提高支架实际 初撑力上多做些文章,一味要求提高支架工作阻 力,加大支护强度。 往往将支架工作阻力选得超过 了顶板实际所能达到的压力。 许多工作面支架在承 载过程中根本出现不了恒阻阶段,支架工作特性 让压、恒阻未能充分发挥。 这种做法虽增强了支 架对地质条件的适应性,但无疑将增加支架的重量 和制造成本,随之又给支架在搬运、移架、安装等 过程带来了一系列的问题和困难。 112 抗冲击载荷及抗灾害能力下降 因初撑力受人为因素影响较大,不仅使实际初 撑力和工作阻力水平偏低,而且使得工作面各支架 的支撑工作阻力不一致,甚至存在较大差别。 当顶 板来压时,工作面的液压支架并不是压力共担,发 挥整体功能,而是工作阻力较大的支架首先发挥作 用,并且当顶板进一步下沉或当顶板压力超过其额 定工作阻力时首先屈服、卸载、让压,进而将顶板 压力传递、转让到其它的支架和煤壁上,这样循环 往复,逐步使支架围岩系统达到新的平衡。 在达 到这一平衡的过程中,工作面顶板下沉量较支架能 够均衡发挥整体功能作用时要大。 在顶板较完整和 围岩条件较好的地段,达到这一新的平衡过程一般 不会造成顶板、支架事故。 但这一潜在隐患很容易 被人们所忽视,一旦遇围岩条件变化或顶板周期来 压时,顶板来压面积大,下沉速度加快,极易导致 收稿日期 2001- 03- 04 作者简介王俊杰1962- ,男, 1984年毕业于大同煤炭工业学校综采专业, 1991年毕业于中国矿业大学北京研究生部企业管理研 究生班,现任晋城煤业集团公司生产技术处副处长,中国煤炭劳动保护科技学会顶板专业委员会委员,中国煤炭工业协会 支护专业委员会顾问委员,发表论文多篇。 6 2001.№2 矿山压力与顶板管理 顶板事故的发生,进而使支架围岩系统失衡。 义 马常村矿2107工作面直接顶为1～2类,˚ 级老顶, ZY及Q 25- 1332支架,支柱初撑力大多在300～ 500kN范围,支柱工作阻力在600～750kN , 因初 撑力过低,相当一部分支架不能严密接顶,部分支 架因受冲击载荷导致油缸爆裂。 该工作面矿压观测 统计表明支架初撑力低于300kN时,冒高大于 015 m的冒顶频率值为100 ,当支架初撑力达到 500kN以上时,冒顶频率值则衰减到25以下。 晋 城煤业集团公司古书院矿13305 上工作面因支 架初撑力过低,在遇冲刷带时,致使顶板沿工作面 煤壁发生大范围切顶,支架被压死。 处理冒顶事故 费时一个多月,不仅严重影响安全生产,而且也造 成了巨大的经济损失。 该公司凤凰山矿2341综放工 作面也因上述原因,在过背斜构造时发生冒顶事 故,被迫停止放煤开采。 一些顶板条件较差使用同 一套支架的综采工作面,因工作面顶板较差,重视 了顶板的管理,采取了及时移架、提高支架初撑力 等措施,工作面顶板却平安无事。 故重视顶板管理, 提高支架初撑力,可以提高工作面支架的抗灾能 力,反之则降低了支架的抗灾能力。 113 工作面顶板压力载荷集中区 由于支架是在低于额定初撑力和较低的工作 阻力之间工作,从而使缓增阻阶段的时间延长,顶 板下沉速度加快,顶板挠曲变形量增加,顶板压力 载荷应力集中区由支架处向煤壁方向前移。 因此将 会导致如下后果1顶板过早离层破碎,导致煤 壁片帮、端冒,进而扩展到冒空顶梁,使支架围 岩系统失衡。2支架不能在架后较理想的位置切 顶。 在顶板挠曲变形过程中,支架只起到一个支撑 点的作用,从而延长了老顶岩梁折断长度,使工作 面老顶周期来压步距和垮落高度增加,最终导致强 烈的大面积周期来压,甚至发生片帮、端冒、沿煤 壁切顶、压死压坏支架等恶性事故。 神府精煤公司大柳塔矿C202普采工作面使 用摩擦支柱 , 因初撑力较低不能控制顶板,覆岩 沿煤壁台阶切落。 该矿1203综采工作面国产 ZY3500 -2345两 柱 掩 护 式 支 架, 工 作 阻 力 3500kN , 同样因初撑力和工作阻力较低,不能平 衡顶板压力。 周期来压时,支架安全阀频频开启卸 载,油缸爆裂,造成31m长端切和溃沙,支架被压 死。 而在201工作面采用高阻力W S117- 210450 型 掩 护 式 支 架初 撑 力4980kN ,工 作 阻 力 6708kN , 按沿米计算,其初撑力和工作阻力均为 1203工作面的116倍,支架实际初撑力达到额定初 撑力的频率为5917。 如果将初撑力值低于额定初 撑力范围在2以内的也视作达到额定初撑力计 入,则达到额定初撑力的频率高达8511 ,这在我 国综采工作面极为少见,也因此使支架的支护能力 得以发挥,以平衡顶板压力支架活柱下缩量仅8 mm , 避免了顶板台阶下沉及覆岩沿煤壁整体切 落及溃沙现象。 晋城煤业集团公司成庄矿3307综放工作面,使 用ZFS5000- 17 33 B型,支架的额定初撑力 4596kN 压强3115 M Pa , 额定工作阻力5100kN 压强35 M Pa , 支护强度为0168M Pa。 工作面20～ 60架于2000年9月29日被压死,支架受到不同程 度损坏,不仅严重影响到生产,而且还造成了巨大 的经济损失。 对初次来压和六次周期来压,特别是 事故前194个作业循环的矿压观测分析结果表明 工作面支架的实际初撑力100达不到额定初撑力 值。 前、后柱下腔压强达到2011～25 M Pa的也仅有 712和411。 平均工作阻力为1818 M Pa,仅为额 定工作阻力值的4415。 支架前柱一、二次急增阻 频率占到88 ,缓增阻及恒阻频率仅为12。 后柱 一、二次急增阻频率占到91 ,缓增阻及恒阻频率 仅为 9 表 1 。 实际初撑力偏低的支架所占比率为 8916 ,支架基本上在低于额定初撑力值的急增阻 阶段承载工作。 工作面周期来压步距前五次平均为 16138m ,最大为171 7m 。 本次周期来压步距达到了 34m ,超过了32m的初次压步距,最终使顶板大面 积集中来压,导致了顶板事故的发生。 表1 成庄矿3307工作面支架工作特性统计表 分组界限M Pa0～5511～101011～151511～202011～252511～303011～35≥35 前柱频数 前柱频率 后柱频数 后柱频率 整架频数 整架频率 0 0 0 0 0 0 3 115 3 115 0 0 24 1214 45 2312 26 1314 38 1916 51 2613 50 2518 32 1615 54 2718 53 2713 57 2914 27 1319 44 2217 62 3119 14 712 21 1018 62 3119 14 712 21 1018 7矿山压力与顶板管理 2001.№2 2 原因分析 造成实际初撑力较低的原因是多方面的,综合 来看主要有如下几类。 1装备技术不先进。 多数液压支架无初撑力 保证和支架工况自动化监控系统,供液流量小,阀 组通过能力低,其初撑力受人为操作影响较大。 2液压系统元器件质量低劣,供液压力难于 保证。 ①高压供液管路及其接口达不到支架设计压 力要求。 当供液压力还未达到额定初撑力时就发生 爆裂和脱扣; ②液压系统中的阀组等部位漏窜液现象较为 普遍; ③现场管理中机电设备检修质量不高。 3人为操作因素 ①乳化液浓度低。 除遇上级检查外,一般情况 下队组为节支降耗,完成企业下达的乳化油消耗经 营考核指标,多将乳化液浓度调到3～5的标准 要求以下。 造成了液压元器件发生锈蚀、损坏密封 等后果,进而导致液压系统漏窜液和压力降低的恶 性循环。 ②初撑力时间不足。 我国综采工作面液压支架 绝大多数未安装压力监视或监控装备。 操作人员在 升架时多凭感觉操作。 当支架刚一接顶后即将操作 手把回零,支架未经预紧停留阶段,达不到额定初 撑力。 ③多段分组作业,多架多组操作,导致系统流 量不足,系统压力下降。 ④支架顶梁上及底座下松散浮矸、浮煤较多, 压力传递离散性大。 ⑤工作面顶板条件较好,易放松对工作面的顶 板管理。 ⑥支架工作阻力选择过度,支架不需达到较高 工作阻力。 3 解决初撑力问题的建议和措施 近年来,提高支架初撑力,逐步缩小初撑力与 工作阻力间的差距,以缩短支架缓增阻阶段的时 间,提高支架的支护效果和工作阻力利用率,已成 为当今世界先进综采装备技术的发展趋势。 供液系 统正向高压、大流量电液控制系统的方向发展,泵 站压力普遍提高到3315～40 M Pa,最大50 M Pa。 总 流量已达到350～500Lm in,最大达700Lm in。 运 输巷内多采用大管径、多路供回液管路,工作面内 则采用双线环形供回液系统,并采用大通道、 高压、 大流量液压元器件,以适应综采工作面快速移架、 推溜的需要。 在借鉴和采用这些先进技术的同时, 还需要根据具体实际进一步深入细致的研究,采取 相应措施以解决综采工作面支架实际初撑力普遍 过低所带来的一系列问题,避免因此所造成的损失 和浪费。 311 支架设计环节 应根据围岩地质条件和矿压观测等资料,科学 合理地确定支架的额定初撑力和额定工作阻力。 1采用大流量电液控制系统有两种较方便 的方法解决支架达到额定初撑力的问题。 ①在主控 阀与立柱之间加装一压力传感器,自动控制立柱下 腔压力;②用系统软件使支架达到额定初撑力。 上 述方法的采用不仅可提高初撑力,且移架及时,能 明显改善支架对顶板的支护效果,易实现定压带压 移架,避免了对工作面顶板和液压支架产生频繁的 冲击载荷。 这既保护了顶板围岩的完整性,又可减 少支架事故的发生,延长支架使用寿命。 2采用初撑力保证阀。 3在关键部位采用STE700级高强钢板或铰 接衬套,降低支架重量和制造成本。 312 乳化液泵站 1安装乳化液浓度自动配比仪,改变考核管 理方式,消除人为降低乳化液浓度的因素,改善供 液系统工况。 2采用大流量乳化液泵或采用并联方式增 加供液流量。 3提高泵站压力。 313 支架操作环节 1对原有支架加装压力监视仪表,操作人员 可根据额定初撑力值的要求,通过监视仪表显示压 力值进行操作。 2操作人员在升架时,一般待支架接顶后停 留5～15s后,即可达到额定初撑力。 3制定有关制度,加强现场管理,克服松懈 麻痹思想,建立支护质量巡回检查制度、小班质量 评估验收制度,并采取相应措施,促进支护质量的 提高。 参考文献 [1] 戴绍诚.高产高效综合机械化采煤技术与装备[M ].北京 煤炭工业出版社, 1998. [2] 西德Hı伊雷斯伯格.掩护支架能否简单些更轻些[J ].世 界煤炭技术, 1983, 4. [3] 苏联PıП ı茹拉列夫.机械化支架液压系统的改进[J ].煤 矿机械化, 1984, 4. 8 2001.№2 矿山压力与顶板管理