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泰安市佰信達礦業設備有限公司
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單體液壓支柱工作面支護現狀的觀測與研究
 

朱莊 煤 礦 3449工作面煤厚平均2.3m,傾角5一90,直接頂為灰、深灰色泥巖,塊狀,厚1.5一2.Om,老頂為灰色砂質泥巖,厚約3.0m,往上依次為細耪巖,粉砂巖及閃長巖;偽底為0.05m左右的灰黑色泥巖,直接底為灰黑色泥巖及粉砂巖,厚度2.0一3.0m,含植物根莖化石,老底為灰白色細中粒砂巖,厚度3.0一5.0m,其下為灰黑色砂質泥巖。344 9工 作 面采用爆破落煤,采用DZ20和DZ25兩種形式
的單體液壓支柱配合HDJA一1000金屬鉸接頂梁支護頂板,齊梁齊柱走向棚布置,一梁一柱后定位,柱距600mm,排距l000mm,自2002年9月開采以來,沒發生冒頂、垮棚事故。
1 現場實測
對 344 9工 作面的支護現狀作了長期的觀察和測量,取得了大量的實測數據。見表 1
從 表 1 看出:二次補液前,支柱初撐力平均為7.29MPa/棵,補液后,支柱初撐力平均為8.87 MPa/棵,分別為支柱額定工作阻力(31.4MPa)的23.2%和28.2%. 3449工作面頂板支護存在以下幾方面的問題:
(1) 初撐 力 低,普遍不達標;(2)工作阻力遠遠小于支柱額定工作阻力,支護效能偏低;(3)支護密度偏大。
2 問題分析
2.1 支柱初撐力低
Fjv 二K Pn D2/4
式中:Fvj一初撐力;K一 泵 壓 有效利用系數;
P一 泵 壓 ;
D一 單 體 支柱活柱直徑,100mm,
支柱 初 撐 力與泵站壓力、泵壓有效利用系數成正比,從現場實測數據來看,工作面支柱初撐力一般為55一65kN,遠低于規程要求的90kN(相當于11.57MPa)的標準,原因如下:
(1) 泵 壓有 效利用系數
朱莊 礦 目 前使用的高壓輸液管額定壓力一般為28MPa,34MPa,實際上達不到這個壓力就出現管子破裂現象。由于3449工作面的泵站位置比工作面要低,其泵站壓力調整為20MPa,單槍注液時K二0.25,多槍注液時K=0.5左右,若系統漏液時壓力損失更大。影響系統壓力損失的因素還有管路太長、彎道多、注液槍無密封圈、截止閥部分關閉等。
(2) 操 作 質量差
在生 產 現 場,工人常常是在支柱剛接觸到頂梁就停止注液,支柱沒有足夠的初撐力。
操作 質 量 差的原因:①工人主觀意識上對加強支柱初撐力的重視程度不夠;03449工作面底板表面有一層厚度分布不均的含碳量很高的“軟研”,其下為產狀不穩定比較堅硬的巖石,在支柱撐力的作用下,產生一個使柱腳下滑的分力,使支柱歪斜,達不到支柱橫豎成行的要求,質量驗收不能過關,因而,工人“不敢”給支柱加足初撐力。
2.2 支護密度偏大
目前 , 工作 面使用的支護密度仍然沿襲過去金屬摩擦支柱的柱排距,由于單體液壓支柱的支撐力比金屬摩擦支柱的支撐力要大得多,故工作面的單體液壓支柱的數量偏多,支柱效能發揮不足。
(34 49 工 作面作業規程》規定:柱距600土100nan,排距為100(}土l00mm,支護密度n=1.67棵1時(不考慮老塘放頂線側密集支柱,以下同),支柱支撐力在正常回采與周期來壓期間分別為9.38 MPa和11.64 MPa,分別是其額定工作阻力的37.5%和46.5%,其效能利用率達不到50%。如果將支柱支撐效能提高到60%,即支柱工作阻力平均為l50kN/棵(相當于19MPa),只要n=1.33棵/m2的支撐密度就能滿足3449工作面的安全需要。但是,由于巖石本身存在著節理和裂隙,并非一個致密的整體,尤其是工作面在周期來壓期間,頂板比較破碎,壓力大,過分地減少支護密度在“護”的方面就難于保證安全。現場實際觀測和試驗證明:在3449工作面的
頂板條件下,將柱距增大至700 t 100nnn,即支護密度由n= 1.67棵1心下降至n=1.43棵/時,不僅能在一定程度上提高支柱的工作效能,而且能有效地保證工作面回采安全,是
比較合理的。
2.3 支護系統剛度差
(1) 344 9 工作面直接底為泥巖及粉砂巖,灰黑色,巖性較軟,其上有一層厚度不均的灰黑色泥巖,支柱鉆底較為嚴重,頂板下沉量大,由于支柱鉆底,同樣也造成支柱初撐力偏低。
(2) 初撐 剛 度低是導致支柱初撐力低的原因之一,另一方面是初撐剛度雖然滿足要求,但隨著支柱的工作阻力的不斷增大,支柱對底板比壓就增大,第二排支柱、第三排支柱就可能出現插底現象,在這種底板條件下,支柱工作阻力就上
不去,必需進行二次注液。

3 對策探討
(1) 提 高 泵站壓力。使用較高質量的高壓油管,將泵壓調定在20MPa以上,克服液壓系統的壓力損失后,仍能滿足生產和安全管理的要求。
(2) 完 善 液壓系統,提高泵壓有效利用系數K。提高K就意味著要降低管路的壓力損失,而管路壓力損失同管長、流速成正比,與管徑成反比。實際生產中管徑基本上是一定的,減少管徑壓力損失,只能從管長、流速上考慮。
目前 , 朱莊 礦除綜采工作面外,其它的液壓泵站都是設在工作面運輸機巷的外段,系統管路基本上在500m左右,如此長的管路造成的壓力損失是不容忽視的。3449工作面的泵站設在機聯上山的下口,更增加了上山高度額外的壓力損失,為減少因管路長造成的壓力損失,建議將泵站設在工作面的上風巷,距工作面SOm上下為宜,這樣布置可以減少高壓油管的占用量,并且泵站距工作面較近便于管理,風巷有軌道,能方便地隨工作面的回采而向前移動。

 
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