摘要：以实测矿压数据为依据，分析了ZYl0800/28/63两柱支撑掩护式支架对神东公司l-2．煤层，2-2煤层和5-2煤层开采的适应性，确定了合理的工作阻力。通过对ZYl0800/28/63型支架的力平衡区的绘制，得出了支架稳定工作的条件。

    关键词：大采高；适应性；力平衡区；稳定性

    中图分类号：TD355   文献标志码：A   文章编号：1003-0794(2007)03-13047-03

Abstract: Based the data of pressure of mine tested, analyze the effect of hydraulic support ZY10800/28/63, what is support of two columniations support cloaks, in the minel-2,2-2 and 5-2, confirming reasonable resistance. Protracting the force balance area of ZY10800/28/63,getting the steady working condition of support.

Keywords: high mining height; adaptability; force balance area; stability

    近年来对大采高支架的研究相对较少，尤其是采高超过6m的支架，大采高支架最突出的问题就是适应性及稳定性。ZYl0800/28/63型两柱支撑掩护式支架是郑州煤矿机械设备有限公司为神东公司研制的大采高支架。由于支架的采高特别大，支架的适应能力和稳定性都很差，本文根据实测矿压数据分析支架的适应性，采用力平衡区方法确定支架稳定工作的条件。

    所开采的1—2煤层，2—2煤层和5—2煤层厚4～6m，煤层中含1～2层夹矸，矸石岩性为粉砂岩或泥岩，夹矸厚度0．1～0．4m，夹矸的单向抗压强度50～100MPa。煤层上部到地面覆盖层厚度一般为80～180m，地面大部分被厚风积沙覆盖，回采时矿压显现剧烈，地表呈台阶下沉，裂隙直达地面。煤层结构简单，倾角10～50⁰，局部50～80⁰。顶板大部分为砂质泥岩或粉砂岩，抗压强度46～90MPa，抗拉强度3MPa。1—2、2—2,5—2煤层底板均由砂质泥岩、泥岩、粉砂岩组成，直接底遇水易泥化、崩解，强度大为降低，在设备选型时要充分考虑设备对底板的适应能力。

    工作面采用全机械化长壁采煤法开采1—2煤层、2—2煤层和5—2煤层，一次采全高，顶板管理采用全部垮落法。拟采用的主要设备有电牵引采煤机、电液控制液压支架、刮板输送机、顺槽带式输送机等综采设备，连续采煤机掘进配套设备及综采工作面回撤安装设备。2支架适应性分析

    (1)支架阻力分布

    根据观测所得数据，以工作面推进距离为横坐标，以各循环支架初撑力Po、循环末工作阻力Pm为纵坐标，绘制出沿工作走向方向上支架工作阻力分布曲线(图略)。支架初撑力和循环末工作阻力各划分8个区间，统计各个区间阻力出现的频率，绘制出阻力-频率分布直方图(图略)。

    (2)支架初撑力分析

    从统计结果看，支架初撑力一般在5200～8200kN，约占总数的76．8％，最大值9868kN，最小值2732kN，平均值6300kN，平均值占额定值的58．3％。达到额定初撑力的频率占12．1％，各测区初撑力普遍较低。

    立柱初撑力低，支撑系统刚度小，支架达到额定工作阻力的时间增长，顶板下沉量大，造成工作面煤壁片帮和端面破碎，冒顶现象时有发生，老顶来压时，尤其明显。

    (3)支架循环末工作阻力分析

    各支架的循环末工作阻力平均值为7323kN，来压期间的循环末工作阻力的平均值为8234kN，循环末工作阻力大多分布在6400～8200kN，占总数的65．5％，小于5200kN的占10．6％，大于9000kN的占10．1％。总体来说，支架支撑能力比较适中，特别在顶板来压时，大多数支架都接近额定工作阻力。

    (4)合理工作阻力的确定

    支架工作阻力的确定是否合理直接影响支架对顶板及上覆岩层的控制效果，考虑到老顶来压的不均衡性，取来压期间的循环末工作阻力的平均值加上2倍均方差作为工作面合理工作阻力。

    Ph=Pm+2σ=7323+2×482=8287kN

从安全的角度出发，工作面支架的工作阻力应该有15％～20％的富裕，选型支架的工作阻力在9530～9944．4kN，所以，选用10800kN/架的工作阻力是合理的。

    图1为ZYl0800/28/63型两柱支撑掩护式支架受力情况示意图。通过对支架的受力进行分析，得出平衡千斤顶受最大压力时支架承载能力

    由于支架处于最大采高时稳定性最差，所以应以最大采高6．3m时的支架参数(如下所示)进行计算：

    式(1)、式(2)、式(3)也都是双曲线函数，画成曲线如图2。这3条曲线下的阴影线面积即为 ZYl0800128163两柱支撑掩护式支架的力平衡区。在a1a2范围内支架的承载能力较高，超出a1a2时支架承载能力急剧下降。

    液压支架稳定工作的必要条件是外载荷合力作用点必须在力平衡区范围内，否则支架将失去平衡。

    当顶板压力的合力作用点在支架力平衡区之外时，支架是否失去平衡状态，这还要考虑一个条件，因为是面接触或是几个面的接触，尤其是新型的掩护式支架在顶梁上都装有挡得很严密的可活动侧向掩护板。虽然和支架顶梁直接接触的顶板岩石已经破碎，只要在顶梁前端不冒落，进入顶梁范围后基本上就不会再冒落下来，能够起到传递顶板压力的作用。因此，只有在顶梁前端没有大片顶板冒落，或者虽已冒落但已采取人工构顶措施并且填得相当严实，顶梁和顶板的接触就不会只集中在某一小区域，顶梁后端的切顶线也不会大幅度前移。在这种情况下，如果支架上的顶板压力作用在力平衡区之外，如图3。

    最后附加力平衡区如图2的虚线阴影部分面积。扩大了力平衡区的范围，从而弥补了支架主力平衡区较窄的缺点，增大了支架对外载荷变化的适应能力，增强了支架承载过程中的稳定性。4结语

    (1)通过对支架阻力的实测数据的分析，得出 ZYl0800/28/63两柱支撑掩护式支架的工作阻力10800kN/架是合理的。

    (2)液压支架稳定工作的必要条件是外载荷合力作用点必须在力平衡区范围内，而两柱支撑掩护式支架的力平衡区较窄。ZYl0800／28／63两柱支撑掩护式支架的力平衡区的宽度a1a2=136mm。

    (3)当顶板压力大小和作用位置超出力平衡区的范围时，只要在附加力平衡区范围内，支架仍能稳定工作。

(4)附加力平衡区主要决定于顶梁和底板的接触情况，而与支架结构无关。支架的顶梁和顶板的最前接触点和最后接触点愈是靠近顶梁的两端，则需要的附加载荷愈小，构成附加力平衡区的Q'1- b1或Q'2-b'1曲线愈接近于水平线。

参考文献：[1]何富连，钱呜高，刘学锋，等．大采高液压支架倾倒特征与控制条件[J]．中国矿业大学学报．1997(4)：22—26．

[2]曹胜根，钱鸣高，缪协兴．等．直接顶的临界高度与支架工作阻力分析[J]．中国矿业大学学报，2000(1)：73—77．

[3]周永昌．掩护式液压支架力学特件的初步分析[J]．煤炭学报，1981(1)：3—19．

[4]李志强．综放工作面矿压显现规律与支架适应性分析[J]．煤，1996(5)：12—15．

[5]弓培林，靳钟铭.大采高采场覆岩结构特征及运动规律研究[J].煤炭学报，2004(1)：11—15．

[6]阎海琴，龚字．浅析大采高支架的稳定性[J]．煤矿机械，2005，26(12)：59—61．