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[摘 要]通过对北皂矿海域特殊开采地质条件下，采场顶板压力规律进行研究，结合北皂煤矿现有的地质及矿山压力条件，经过分析，论证适合海域条件下综采液压支架参数、型号，并经实践取得较好的安全技术、经济效果。
[关键词]海域、综采支架、选型、实践
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0069-01
概述
北皂煤矿自2006年8月份至今，采用ZF5200支架综放工艺先后回采了六个工作面。回采以来，支架在适应海域特殊的地质条件方面暴露出较多的问题，出现了支护强度及支护能力不足，结构件开焊、销轴弯曲、安全阀开启频繁、立柱涨缸等情况，严重影响了安全回采。对现有ZF5200支架进行以提高工作阻力为主要目的增加立柱的缸径及强度改造，通过专家论证是不可行的。为此，通过矿压、回采等观测资料分析，结合现有的地质及矿山压力条件，论证适合海域条件下综采液压支架，并经实践取得较好的安全经济效果。
1.海域采场顶板压力规律
1.1 支架载荷特征及变化规律分析
根据观测，ZF5200支架在采场推进过程中，几乎所有支架前、后立柱在循环内都进入安全阀开启的工作状态，支架处于卸载“让压”工作。为了分析海域采场顶板运动规律，取H2103面停面支架到位后—安全阀开启前的分段数据，作为顶板压力变化分析的依据，得出顶板压力与时间变量关系曲线，经回归分析，变量关系方程为P=3641.1+317.08×lnt。图1
从顶板压力拟合曲线变化可以看出，顶板压力随着时间变化不断变化升高，大致可分为：强烈升高、渐缓升高和持续升高三个阶段。
1.2 海域支架选型的原则
1.2.1 支架应尽可能全封闭控顶区内的顶板，对于已被裂隙分割暴露的顶板岩块给予承托和遮盖，避免在控顶区内出现冒落。
1.2.2 对于顶板的蠕变沉降运动给予足够的平衡能力，以避免控顶区顶板过大的沉降，确保可靠的工作空间。
1.2.3 支架结构及性能的设计符合工作面顶板围岩运动规律，使支护结构设计既经济又合理。
1.2.4 必须限制支架对底板岩层的比压，以避免出现支架压入底板而引起对顶板控制恶化的可能。
1.2.5 支架结构及性能必须与煤层开采条件相适应，以便为安全高效、提高煤炭采出率创造条件。
1.3 海域支架主要工作参数的确定
1.3.1 支护强度的确定
根据海域顶板压力变化规律，实测顶板压力随着时间变化不断变化升高，根据海域H2103、H2106工作面15条观测结果，经回归分析，顶板压力P与时间t变化遵循：P=3641.1+317.08×lnt。
将支架理想工作点C确定在顶板压力持续升高阶段，支架支撑顶板后的1200分钟，则Pc=3641.1+317.08×ln1200=5889.22（KN）
支架所需的支护强度P需为：
P需=Pc/（B×L）
式中：B——为支护宽度，取1.5m；
L——为控顶距，取ZF5200/17/32型支架4.65m。
P需=5889.22/（1.5×4.65）=844.3（KN/m2）=0.85MPa
按安全系数1.1计算，支架所需工作阻力5889.22×1.1=6500（KN），支架所需支护强度0.85MPa×1.1=0.94 （MPa）
根据“三软”地层支架选型原则，综合考虑海域采场安撤期间实际，支架选型支架支护强度不少于0.95 MPa、工作阻力不少于6500KN。
1.3.2 支架对底板比压的确定
根据海域工作面现场实测，海域煤2底板比压测值范围为2.1 MPa -14.1MPa，考虑工作面实际回采情况，长时间暴露的底板抗压强度值不能作为支架选型的依据。综合考虑现场回采实际情况，以实际测定的海域底板最小极限底板比压2.1Mpa为依据选择支架是比较符合海域实际情况的。
2.ZF5200/17/32支架海域回采应用情况
海域采用ZF5200支架综放工艺先后回采了六个工作面。生产期间回采支架支护能力表现较差，主要表现为：在安撤面等长期停采期间，支架顶梁下俯低头现象比较严重；支架设计支护强度低，对空间的维护能力差，造成现场使用中支架承压后活柱缩量大；原设计配件支护强度已满足不了现场需要，造成配件大量损坏，影响安全生产并增加维护费用。
3.海域综采放顶煤支架的选型依据及结论
3.1 根据海域矿压观测数据和理论计算，要求支架的工作阻力要不小于6500KN。考虑新支架随投入使用，其支护效率会逐渐下降。因此选择支护阻力富余系数较大一点。
3.2 根据前期我们对海域底板比压进行了实际测量，测定比压范围为2.1-10.4Mpa，以实际测定的海域底板最小极限底板比压2.1Mpa为依据选择支架是比较符合海域实际情况的。
3.3 通过比较优化，天地科技公司设计的ZF7200综采放顶支架，其支护强度范围为1.01-1.03Mpa之间，符合矿压观测要求的支护强度不小于0.94Mpa，工作阻力不小于6500KN的要求。
3.4 ZF7200支架最大支护高度3.3m，满足公司现有采煤机配套1.8m滚筒可采3.6m的要求；支架中心距满足现有综机设备三机配套的要求。
4.ZF7200综采放顶煤支架的使用情况
4.1 H2107工作面开始安装支架开始，至工作面回采前，累计观测92天。根据统计，工作面活柱平均下缩量：前柱182.2mm，后柱167.4mm；日平均下缩量前柱为1.98 mm/d，后柱1.82mm/d。通过活柱缩量对比，ZF7200安撤面期间支架活柱日平均下缩量仅占ZF5200支架的15.3%，说明ZF7200支架主动支护能力较强。
4.2 通过回采期间对ZF7200支架观测，正常回采来压期间，支架平均工作阻力5627KN；支架安全阀开启率24%，对工作面顶板支护效果明显优于ZF5200型支架。
4.3 通过两种支架的对比，从支架对矿山压力控制效果来看，ZF7200型支架在支护强度及支护能力方面能够适应目前海域“三软”煤层采场顶板运动的特点，尤其在海域安面期间最为明显。
参考文献
[1] 王国法等著，《液压支架技术》，煤炭工业出版社，1999.
[2] 中华人民共和国煤炭行业标准，MT550-1996大采高液压支架技术条件，中国标准出版社，1987.
[3] 赵宏珠，《回采工作面端头支护与设备》，煤炭工业出版社，1993.
[4] 史元伟等，《回采工作面底板岩层控制》，煤炭工业出版社，1993.
[5] 王国法，“掩护式支架总体参数优化设计方法的研究”，《煤炭学報》，1995（20）.
[关键词]海域、综采支架、选型、实践
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0069-01
概述
北皂煤矿自2006年8月份至今，采用ZF5200支架综放工艺先后回采了六个工作面。回采以来，支架在适应海域特殊的地质条件方面暴露出较多的问题，出现了支护强度及支护能力不足，结构件开焊、销轴弯曲、安全阀开启频繁、立柱涨缸等情况，严重影响了安全回采。对现有ZF5200支架进行以提高工作阻力为主要目的增加立柱的缸径及强度改造，通过专家论证是不可行的。为此，通过矿压、回采等观测资料分析，结合现有的地质及矿山压力条件，论证适合海域条件下综采液压支架，并经实践取得较好的安全经济效果。
1.海域采场顶板压力规律
1.1 支架载荷特征及变化规律分析
根据观测，ZF5200支架在采场推进过程中，几乎所有支架前、后立柱在循环内都进入安全阀开启的工作状态，支架处于卸载“让压”工作。为了分析海域采场顶板运动规律，取H2103面停面支架到位后—安全阀开启前的分段数据，作为顶板压力变化分析的依据，得出顶板压力与时间变量关系曲线，经回归分析，变量关系方程为P=3641.1+317.08×lnt。图1
从顶板压力拟合曲线变化可以看出，顶板压力随着时间变化不断变化升高，大致可分为：强烈升高、渐缓升高和持续升高三个阶段。
1.2 海域支架选型的原则
1.2.1 支架应尽可能全封闭控顶区内的顶板，对于已被裂隙分割暴露的顶板岩块给予承托和遮盖，避免在控顶区内出现冒落。
1.2.2 对于顶板的蠕变沉降运动给予足够的平衡能力，以避免控顶区顶板过大的沉降，确保可靠的工作空间。
1.2.3 支架结构及性能的设计符合工作面顶板围岩运动规律，使支护结构设计既经济又合理。
1.2.4 必须限制支架对底板岩层的比压，以避免出现支架压入底板而引起对顶板控制恶化的可能。
1.2.5 支架结构及性能必须与煤层开采条件相适应，以便为安全高效、提高煤炭采出率创造条件。
1.3 海域支架主要工作参数的确定
1.3.1 支护强度的确定
根据海域顶板压力变化规律，实测顶板压力随着时间变化不断变化升高，根据海域H2103、H2106工作面15条观测结果，经回归分析，顶板压力P与时间t变化遵循：P=3641.1+317.08×lnt。
将支架理想工作点C确定在顶板压力持续升高阶段，支架支撑顶板后的1200分钟，则Pc=3641.1+317.08×ln1200=5889.22（KN）
支架所需的支护强度P需为：
P需=Pc/（B×L）
式中：B——为支护宽度，取1.5m；
L——为控顶距，取ZF5200/17/32型支架4.65m。
P需=5889.22/（1.5×4.65）=844.3（KN/m2）=0.85MPa
按安全系数1.1计算，支架所需工作阻力5889.22×1.1=6500（KN），支架所需支护强度0.85MPa×1.1=0.94 （MPa）
根据“三软”地层支架选型原则，综合考虑海域采场安撤期间实际，支架选型支架支护强度不少于0.95 MPa、工作阻力不少于6500KN。
1.3.2 支架对底板比压的确定
根据海域工作面现场实测，海域煤2底板比压测值范围为2.1 MPa -14.1MPa，考虑工作面实际回采情况，长时间暴露的底板抗压强度值不能作为支架选型的依据。综合考虑现场回采实际情况，以实际测定的海域底板最小极限底板比压2.1Mpa为依据选择支架是比较符合海域实际情况的。
2.ZF5200/17/32支架海域回采应用情况
海域采用ZF5200支架综放工艺先后回采了六个工作面。生产期间回采支架支护能力表现较差，主要表现为：在安撤面等长期停采期间，支架顶梁下俯低头现象比较严重；支架设计支护强度低，对空间的维护能力差，造成现场使用中支架承压后活柱缩量大；原设计配件支护强度已满足不了现场需要，造成配件大量损坏，影响安全生产并增加维护费用。
3.海域综采放顶煤支架的选型依据及结论
3.1 根据海域矿压观测数据和理论计算，要求支架的工作阻力要不小于6500KN。考虑新支架随投入使用，其支护效率会逐渐下降。因此选择支护阻力富余系数较大一点。
3.2 根据前期我们对海域底板比压进行了实际测量，测定比压范围为2.1-10.4Mpa，以实际测定的海域底板最小极限底板比压2.1Mpa为依据选择支架是比较符合海域实际情况的。
3.3 通过比较优化，天地科技公司设计的ZF7200综采放顶支架，其支护强度范围为1.01-1.03Mpa之间，符合矿压观测要求的支护强度不小于0.94Mpa，工作阻力不小于6500KN的要求。
3.4 ZF7200支架最大支护高度3.3m，满足公司现有采煤机配套1.8m滚筒可采3.6m的要求；支架中心距满足现有综机设备三机配套的要求。
4.ZF7200综采放顶煤支架的使用情况
4.1 H2107工作面开始安装支架开始，至工作面回采前，累计观测92天。根据统计，工作面活柱平均下缩量：前柱182.2mm，后柱167.4mm；日平均下缩量前柱为1.98 mm/d，后柱1.82mm/d。通过活柱缩量对比，ZF7200安撤面期间支架活柱日平均下缩量仅占ZF5200支架的15.3%，说明ZF7200支架主动支护能力较强。
4.2 通过回采期间对ZF7200支架观测，正常回采来压期间，支架平均工作阻力5627KN；支架安全阀开启率24%，对工作面顶板支护效果明显优于ZF5200型支架。
4.3 通过两种支架的对比，从支架对矿山压力控制效果来看，ZF7200型支架在支护强度及支护能力方面能够适应目前海域“三软”煤层采场顶板运动的特点，尤其在海域安面期间最为明显。
参考文献
[1] 王国法等著，《液压支架技术》，煤炭工业出版社，1999.
[2] 中华人民共和国煤炭行业标准，MT550-1996大采高液压支架技术条件，中国标准出版社，1987.
[3] 赵宏珠，《回采工作面端头支护与设备》，煤炭工业出版社，1993.
[4] 史元伟等，《回采工作面底板岩层控制》，煤炭工业出版社，1993.
[5] 王国法，“掩护式支架总体参数优化设计方法的研究”，《煤炭学報》，1995（20）.