皖北礦區(qū)軟弱圍巖綜采工作面液壓支架適應(yīng)性研究.pdf

1、頂板事故尤其是軟弱圍巖頂板事故是煤礦開采的重大隱患之一。
　　在煤礦開采頂板分類標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場開采實踐的基礎(chǔ)上，論文首先明確了軟弱圍巖的范圍及研究重點。將1類直接頂作為軟弱直接頂?shù)难芯糠秶粚ⅱ窦壔卷斪鳛檐浫趸卷數(shù)难芯糠秶?；將底板比壓?.0MPa，即極軟（Ⅰ類）和松軟（Ⅱ類）底板作為軟弱底板的研究范圍；將Ⅰ類片幫作為軟弱工作面煤壁的研究范圍。
　　第二，分別對軟弱基本頂、直接頂、煤層、底板的特性和在工作面圍巖穩(wěn)定性中的作用

2、進行了理論分析。提出軟弱基本頂斷裂步距減小，導(dǎo)致基本頂回轉(zhuǎn)角度的增加，由于回轉(zhuǎn)角度的增加，工作面頂板的給定變形量增加，要求工作面支護體具備較大的可伸縮能力。軟弱基本頂通過斷裂步距的改變影響工作面支護強度的確定。軟弱直接頂主要通過影響傳遞系數(shù)和碎脹系數(shù)來影響工作面的來壓。軟弱直接頂由于直接面對工作面，對頂板的防護是主要考慮因素。軟弱底板作為工作面整體支護系統(tǒng)的支撐，是支護參數(shù)選擇的首要考慮因素，主要影響工作面初撐力、底板比壓等；重點分析軟

3、弱煤壁對工作面控頂距和煤壁片幫的防護作用。
　　第三，論文利用數(shù)值模擬從工作面前方支承壓力、工作面支護強度、工作面塑性區(qū)變形等三個方面分析比較了不同軟弱圍巖工作面支架-圍巖關(guān)系中的作用；在工作面軟弱直接頂和軟弱煤層條件下，按照正常的“頂板下沉量-支護強度”對應(yīng)關(guān)系，確定的工作面合理支護強度為0.9MPa，但直接頂巖層在工作面支護強度為0.3～0.7MPa時的破壞區(qū)最小。建議的工作面支護強度取在0.7～0.9MPa之間，最優(yōu)選擇為0

4、.8MPa。液壓支架初撐強度應(yīng)盡可能大，選擇液壓支架的初撐強度為0.7MPa。
　　第四，軟弱圍巖液壓支架的適應(yīng)性，其主要目的為保證工作面圍巖的穩(wěn)定性，緩解工作面圍巖的破壞速度和程度，在工作面圍巖破壞后進行有效遮蔽，避免破壞后的圍巖影響工作面開采空間的安全等三個方面。通過對工作面直接頂?shù)牟煌恢盟轿灰屏康姆治隹芍?，同樣存在合理的支護強度拐點，其對應(yīng)的頂板水平位移量最小，且繼續(xù)增加后影響不大，次拐點的數(shù)值和上述檢驗指標(biāo)的數(shù)值吻合，

5、可以作為液壓支架軟弱圍巖防護性能條件下對支護強度的要求。
　　第五，合理確定了液壓支架的結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)化。通過液壓支架架型分析，確定兩柱掩護式液壓支架為皖北礦區(qū)軟弱圍巖的合理架型。采用整體頂梁帶伸縮梁的結(jié)構(gòu)并設(shè)計全長側(cè)護板最大限度增加對頂板的防護。通過對四連桿機構(gòu)進行了優(yōu)化，除了減小支架連桿力以外，端面距由353mm變化到382mm，變化值僅有29mm，幾近直線運行。底座尖端到合力作用點距離和底座末端到合力作用點距離的比值為2.28

6、，底板比壓為三角形分布，底座前端底板比壓較小，對軟弱底板巖層適應(yīng)性較好。支架最大結(jié)構(gòu)高度時掩護梁“背角”為61°，液壓支架最低工作高度2m時掩護梁背角為31°，遠大于17°，掩護梁矸石可自由滑落，支架附加力小。掩護梁長度尺寸較短，尾部采用大弧度圓弧過渡，避免了矸石在掩護梁上堆積，減小了支架附加載荷。液壓支架采用電液控制系統(tǒng)可實現(xiàn)液壓支架的快速帶壓擦頂移架，對于軟弱圍巖綜采工作面具有良好的控制效果；電液控制自動補壓能夠保證工作面液壓支架隨

7、時具備足夠的初撐力；電液控制可以實現(xiàn)工作面液壓支架合力作用點的自動調(diào)節(jié)，有效適應(yīng)頂板壓力的變化；電液控制加快工作面的推進速度，減少工作面圍巖的暴露時間。
　　最后，進行工作面開采實踐，工作面初次來壓步距27.1米，來壓強度0.79MPa；工作面周期來壓步距為8～16m，來壓強度0.7～0.8Mpa；平時壓力平均0.4Mpa，來壓時峰值壓力0.8Mpa，來壓持續(xù)時間1～3天。設(shè)計的ZY5000/13/28液壓支架通過工作面開采實踐，