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泰安市佰信达矿业 设备有限公司
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单体液压支柱工作 面支护现状的观测与研究
 

朱庄 煤 矿 3449工作面煤厚平均 2.3m,倾角5一90,直接顶为灰、深 灰色泥岩,块状,厚1.5一2.Om,老顶为灰色砂质 泥岩,厚约3.0m,往上依次为细耪 岩,粉砂岩及闪长岩;伪底为0.05m左右的灰黑色泥岩 ,直接底为灰黑色泥岩及粉砂岩,厚度2.0一3.0m,含植物根茎化石 ,老底为灰白色细中粒砂岩,厚度3.0一5.0m,其下为灰黑色砂 质泥岩。344 9工 作 面采用爆破落煤, 采用DZ20和DZ25两种形式
的单体液压支柱配 合HDJA一1000金属铰接顶梁支护 顶板,齐梁齐柱走向棚布置,一梁一柱后定位,柱距600mm,排距l000mm,自2002年9月开采以来,没发 生冒顶、垮棚事故。
1 现场实测
对 344 9工 作面的支护现状作 了长期的观察和测量,取得了大量的实测数据。见表 1
从 表 1 看出:二次补液前,支柱 初撑力平均为7.29MPa/棵,补液后,支柱 初撑力平均为8.87 MPa/棵,分别为支柱额 定工作阻力(31.4MPa)的23.2%和28.2%. 3449工作面顶板支护存 在以下几方面的问题:
(1) 初撑 力 低,普遍不达标 ;(2)工作阻力远远小于 支柱额定工作阻力,支护效能偏低;(3)支护密度偏大 。
2 问题分析
2.1 支柱初撑力低
Fjv 二K Pn D2/4
式中:Fvj一初撑力;K一 泵 压 有效利用系数  ;
P一 泵 压 ;
D一 单 体 支柱活柱直径, 100mm,
支柱 初 撑 力与泵站压力、泵压有效利用系数  成正比,从现场实测数据来看,工作面支柱初撑力一般为55一65kN,远低于规程要求 的90kN(相当于11.57MPa)的标准,原因如下 :
(1) 泵 压有 效利用系数
朱庄 矿 目 前使用的高压输液 管额定压力一般为28MPa,34MPa,实际上达不到这 个压力就出现管子破裂现象。由于3449工作面的泵站位置 比工作面要低,其泵站压力调整为20MPa,单枪注液时 K二0.25,多枪注液时 K=0.5左右,若系统漏液 时压力损失更大。影响系统压力损失的因素还有管路太长、弯道多、注液枪无密封圈、截止阀部分关闭等。
(2) 操 作 质量差
在生 产 现 场,工人常常是在 支柱刚接触到顶梁就停止注液,支柱没有足够的初撑力。
操作 质 量 差的原因:①工人主观意识上 对加强支柱初撑力的重视程度不够;03449工作面底板表面有 一层厚度分布不均的含碳量很高的“软研”,其下为产状不稳定比较坚硬的岩石,在支柱撑力的作用下,产生一个使柱脚下滑的分力,使支柱歪斜,达不到支柱横竖成行的要求,质量验收不能过关,因而,工人“不敢”给支柱加 足初撑力。
2.2 支护密度偏大
目前 , 工作 面使用的支护密度 仍然沿袭过去金属摩擦支柱的柱排距,由于单体液压支柱的支撑力比金属摩擦支柱的支撑力要大得多,故工作面的单体液压支柱的数量偏多,支柱效能发挥不足。
(34 49 工 作面作业规程》规 定:柱距600土100nan,排距为100(}土l00mm,支护密度 n=1.67棵1时(不考虑老塘放顶线 侧密集支柱,以下同),支柱支撑力在正 常回采与周期来压期间分别为9.38 MPa和11.64 MPa,分别是其额定工 作阻力的37.5%和46.5%,其效能利用率达 不到50%。如果将支柱支撑 效能提高到60%,即支柱工作阻力 平均为l50kN/棵(相当于19MPa),只要n=1.33棵/m2的支撑密度就能满 足3449工作面的安全需要 。但是,由于岩石本身存在着节理和裂隙,并非一个致密的整体,尤其是工作面在周期来压期间,顶板比较破碎,压力大,过分地减少支护密度在“护”的方面就难于保证安全。现场实际观测和试验证明:在3449工作面的
顶板条件下,将柱 距增大至700 t 100nnn,即支护密度由 n= 1.67棵1心下降至n=1.43棵/时,不仅能在一定 程度上提高支柱的工作效能,而且能有效地保证工作面回采安全,是
比较合理的。
2.3 支护系统刚度差
(1) 344 9 工作面直接底为泥 岩及粉砂岩,灰黑色,岩性较软,其上有一层厚度不均的灰黑色泥岩,支柱钻底较为严重,顶板下沉量大,由于支柱钻底,同样也造成支柱初撑力偏低。
(2) 初撑 刚 度低是导致支柱初撑力低 的原因之一,另一方面是初撑刚度虽然满足要求,但随着支柱的工作阻力的不断增大,支柱对底板比压就增大,第二排支柱、第三排支柱就可能出现插底现象,在这种底板条件下,支柱工作阻力就上
不去,必需进行二 次注液。

3 对策探讨
(1) 提 高 泵站压力。使用较 高质量的高压油管,将泵压调定在20MPa以上,克服液压系 统的压力损失后,仍能满足生产和安全管理的要求。
(2) 完 善 液压系统,提高泵 压有效利用系数  K。提高K就意味着要降低管 路的压力损失,而管路压力损失同管长、流速成正比,与管径成反比。实际生产中管径基本上是一定的,减少管径压力损失,只能从管长、流速上考虑。
目前 , 朱庄 矿除综采工作面外 ,其它的液压泵站都是设在工作面运输机巷的外段,系统管路基本上在500m左右,如此长的管 路造成的压力损失是不容忽视的。3449工作面的泵站设在 机联上山的下口,更增加了上山高度额外的压力损失,为减少因管路长造成的压力损失,建议将泵站设在工作面的上风巷,距工作面SOm上下为宜,这样布 置可以减少高压油管的占用量,并且泵站距工作面较近便于管理,风巷有轨道,能方便地随工作面的回采而向前移动。

 
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