冯 军 ,刘志田 ,王长臣
(河南煤业化工集团 永煤公司鑫龙煤业, 河南 安阳 455133)
摘要:通过矿压观测, 分析了支柱荷载及支柱初撑力的频率分布, 结合井下实际条件, 总结了一套“简单、可 靠、经济、高效”的提高单体液压支柱初撑力的方法, 从而使工作面单体液压支柱初撑力损失减少到最低程 度, 把初撑力提高到最佳水平。
关键词:单体液压支柱;初撑力;支柱荷载;矿压显现
单体液压支柱以其投资小、操作简便、安全程度 高、适用性强等优点在国内中小煤矿的使用率极高, 单体液压支柱工作面产量占全国煤炭产量的一半以 上。但单体液压支柱工作面存在初撑力普遍较低的 问题 ,究其原因主要是煤矿井下恶劣的劳动环境 、复 杂多变的地质环境 ,以及劳动者的教育培训和管理 的复杂程度造成的[ 1] 。针对提高单体液压支柱工 作面初撑力问题,安阳大众煤业公司 (以下称 “大众 煤矿 ”)进行了矿压观测 ,在分析支柱荷载及支柱初 撑力频率分布的基础上 , 总结了一套 “简单、可靠、 经济 、高效 ”的提高单体液压支柱初撑力的方法。
1 矿井概况
大众煤矿开采的二1 煤层赋存于山西组下部, 位于北岔沟砂岩和大占砂岩之间。赋存标高 -100 ～ -818 m, 埋深 250 ～ 1 058 m, 上距砂锅窑砂岩 (Ss)平均 67.76 m, 下距 L8 灰岩平均 34.00 m。煤 层倾角 6°～ 29°,一般小于 23°,煤厚 0.54 ～ 8.49 m, 平均厚 4.29 m,煤厚变化规律不是十分明显 , 但总 体厚度 2 ～ 7 m居多 。二1 煤层偶见炭质泥岩或泥 岩伪顶,直接顶板多为砂质泥岩和泥岩 ,局部为粉砂 岩和中细粒砂岩, 岩石抗压强度较高, 属易控制顶 板。二1 煤直接底板多为泥岩, 个别钻孔为砂质泥 岩, 局部有炭质泥岩伪底, 属易变形的较软底板, 不 易于控制 。
2 矿压观测
(1)方法 。在支柱初设时, 用测压表测初撑力 R0 ,在支柱达到最大载荷时, 测最大阻力 Rp。循环 时间记录,每班取平均值, 根据需要进行专项观测。
(2)测点布置 。以大众煤矿 12081工作面为试 验工作面,在工作面上 、中 、下 3处设置 3个测区 ,每 个测区观测 3 个断面 。工作面测站布置如图 1所 示 ,每测站布置 3条测线。
图 1 工作面测站布置示意
(3)支柱载荷分布情况。 1 #— 4 #测站读数分别 为 240, 240, 234, 225 个。将测站全部读数按组距 20 kN列表统计支柱载荷出现次数, 经计算得出总 体支柱载荷频率分布 (表 1)。
(4)支柱初撑力频率分布 。在 82个初撑力实 测数据中, 其最小值为 0, 即取下限为 0;最大为 86.35 kN,取上限为 88 kN。在其上、下限间, 按组 距 8 kN列表求出支柱初撑力频率分布(图 2)。
(5)矿压显现特征分析 。 ①支柱载荷小于 40 kN的为 60.8%,小于 80 kN的占 85.9%;支柱载荷 大于 300 kN的仅占 0.106%。支柱载荷最大读数 的平均最大值为 122 kN, 仅达到该工作面支柱额定 工作阻力(300 kN)的 40.7%。由此可见 ,工作面支柱实际工作阻力偏低 ,虽有个别支柱超过了额定工 作阻力,但频数较低 。因此, 该工作面支柱阻力未能 充分用于支撑顶板 ,必须采取提高支柱阻力的有效 措施 。 ②由初撑力频率分布 (图 2)可以看出, 支柱 初撑力小于 40 kN的占 65.9%, 大于 80 kN的占 1.13%。初撑力均没有达到规定的 90 kN, 如此低 的支柱初撑力对减少顶底板移近量 、充分发挥支柱 支撑顶板的作用是不利的,易于引起上部岩层离层, 出现安全隐患[ 2] 。因此, 必须把提高支柱初撑力和 加强支护质量监督管理作为主要目标和任务 。
表 1 总体支柱载荷频率分布
图 2 初撑力频率分布示意
3 提高单体液压支柱工作面初撑力的方法
3.1 优化技术基础
技术基础工作的主要方向是解决设备和支护刚 度方面的问题 ,包括合理调定乳化液泵的泵压、选择 适宜的底座及参数 、选定合理的支柱高度、选定功能 较全的注液枪等。对于工作面来说必须做好的工作 有:
①控制好支柱的高度, 使之与工作面采高相适 应 ,保证初撑刚度 ;
②加强乳化液泵管系统的检修 , 调定乳化液泵的合理泵压 ;
③配置高强度柱鞋 ,减少 支柱钻底量 ,改变工作面支护状态;④配备新型注液 枪 ,要求每个支柱初撑力不低于设定值;⑤做好初排 支柱的补液 ,确保每根支柱初撑力达到规定值 ;
⑥尽 可能避免多处同时用枪作业或多点同时升柱。
3.2 加强职工培训
通过改善工作环境和对一线工人进行培训 ,增 进人与劳动环境的和谐, 提高工作效率。把培训作 为提高工作面单体液压支柱初撑力的重点 。
(1)切实树立 “初撑力第一”的思想 。各级领导 思想上要足够重视, 充分认识到初撑力在顶板控制 中的作用,认识到初撑力与安全生产的关系。
(2)对采场工人进行全面培训 。加强对职工的 支护质量意识和安全思想的教育, 举办矿压基本知 识学习班。抓好基层队伍建设 ,提高兵头将尾的作 用 , 对其进行轮流培训 , 促使其认识到 “初撑力第 一 ”就是抓好工作面支护质量的重要环节 。
3.3 强化质量监督管理
(1)成立初撑力综合治理领导小组。提高初撑 力的关键是合理设计 、措施得力 ,既治标又治本 。成 立初撑力综合治理领导小组,协调配合现场、优化设 计 、强化宣传教育 , 有关部门必须统一思想 , 提高认 识 ,齐抓共管 。
(2)把初撑力合格作为支柱验收的一个重要指 标 。结合工作面的特点 , 抓住初撑力和支护及时性 这些重点,把测初排支柱支撑力纳入正常工程质量 检查的内容 ,根据测定合格率来确定工程质量等级 。 严格初撑力检查验收制度 , 每班设有专业人员检测 支柱的初撑力, 达不到要求的令其返工。质量监测 与班组 、个人评级计资挂钩 ,做到初撑力和顶板控制 班组化 、日常化、科学化。
(3)配备初撑力专职检查队伍, 建立岗位责任 制 。建立一支由支柱管理工种组成的专门小组 ,主 要负责工作面初排支柱的二次补液、初撑力的测定 评价和矿山压力的观测记录 ,负责工作面支柱和顶 梁的使用、维护、回收和管理。
(4)其他质量保证和监督管理措施。加强支柱 的现场使用管理 , 对失效的支柱要及时更换 。支柱 在井下储存 3个月以上、使用超过 8个月, 或者采完 一个工作面 ,必须检修 ,不得直接转入其他接替工作 面使用 。加强支柱的维修管理 、提高支柱检修质量 , 搞好稳压试验。达不到标准要求。
4 结语
通过实施 “优化技术基础 、加强职工教育培训、 强化质量监督管理 ” , 大众煤矿工作面单体液压支 柱初撑力合格率有了明显提高, 基本达到了 90%, 有效提高了采煤工作面的抗灾能力 , 确保了矿井的 安全生产 。
参考文献:
[ 1] 陈虹微.单体液压支柱初撑力影响因素探讨 [ J] .煤矿机械, 2001(11):36-37.
[ 2] 王文博.单体液压支柱初撑力不足的原因分析 [ J] .煤矿安 全, 1991(1):45-48.
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乾坤矿装的便携式螺旋支柱介绍
【联 系 人】：苏女士
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乾坤矿装的便携式螺旋支柱是一款矿井临时支护设备，是矿井适用的金属单体支柱。
便携式螺旋支柱由五部分组成：上承压板、上支柱、螺杆、下支柱、下承压板。
具有轻便、结构简单、价格实惠、可回收反复使用、可远距离拆除等特点。
上承压板：
尺寸：63型号的为175mm x 175mm;
48型号的为150mm x 150mm
上承压板主要用于增大支柱与顶板的接触面积，从而加大支柱承压重量。四个触角有利于加大支柱在支护时的抓取力度，防止滑动，确保支柱持久支护和稳固。
下承压板：
下承压板尺寸与上承压板尺寸相同：
63型号的为175mm x 175mm;
48型号的为150mm x 150mm
下承压板主要用于增大支柱与底板的接触面积，从而加大支柱承压重量。中心的回环有利于加大支柱下承压板与下支柱的契合，加大在支护时的抓取力度，防止滑动，确保支柱持久支护和稳固。
上支柱：
由无缝钢管制造而成，钢管壁厚4mm。支柱有63和48两种型号，63和48指的是钢管的直径，直径越大，支柱的承重能力越大；直径越小，支柱承压能力越小。
相对于下支柱，上支柱稍长。
下支柱：
由无缝钢管制造而成，钢管壁厚4mm。支柱有63和48两种型号，63和48指的是钢管的直径，直径越大，支柱的承重能力越大；直径越小，支柱承压能力越小。
相对于上支柱，下支柱稍短。
支柱常用的规格型号有：1.5米，1.8米，2.米，2.5米，3米，3.5米。
便携式螺旋支柱的含义：以1.5米为例，金属钢管直径有48和63两款，最高支撑高度为1.5米。该款支柱可支撑1-1.5米范围内的任意高度，其他以此类推。
钢管直径越大，支柱承重越大，可支撑高度越高；支柱高度越高，支柱承重越小。
螺杆：
支柱的螺杆由螺纹钢特制而成。
特制螺杆，尺寸为80厘米，安装在支柱上以后主要用来保证支护的升缩，一般升缩在50厘米之间。我们确认的型号为拉升后可支撑的高度，比喻63-3.5.就是这根支柱最高可支撑3.5米的高度，最低可支撑3米的高度，之间可以拧动螺杆拉升，可以支撑3-3.5米之间的任意高度。
在螺杆的中间有4个齿状设计，主要是方便员工使用时升缩方便。
乾坤矿装的这款便携式螺旋支柱，参数经过多次试验和客户使用数据验证的，正是因为这个原因，乾坤矿装的这款支柱不能超高度超承载能力使用，超高和超载使用将影响支柱的稳定性，甚至发生安全事故；也正因为这个原因，本着客户至以上，一切从客户的利益出发的原则，乾坤矿装不提供定制和特殊规格的制作。为此，很多客户不理解，指责我们不满足客户需求。
其实，这款支柱自从研发十年来，我们的客户遍布全国各地，得到了客户的一致好评，虽然我们拒绝过不少的客户，但十年来，我们从没有因为质量和使用问题接到客户投诉，是一款轻便、简单、实用、实惠的好产品。
便携式螺旋支柱适用范围：
1、所有采场风爆工、出渣工、支护工作业时；
2、顶板破碎、倒三角节理发育、岩石不稳固的掘进工程作业时；
3、巷道破碎进行永久支护前。
便携式螺旋支柱使用方法和要求：
1、作业人员经过通风 、洒水、处理完松石后方可进行螺旋支柱支护；对上盘不稳固的采场要用锚杆和螺旋支柱结合支护。
2、支护时首先要根据矿体倾角或岩石破碎情况选择好支柱使用地点，在支柱的上下端均垫加长度适宜的木板，沿进入作业面的方向向前逐根支护，调整支柱顶住顶底板，用套管将丝杠拧紧确认无误后，方可进行作业。对当场用两根撬棍也无法撬下、需动炮处理的松石，对顶板破碎及上下盘围岩滑帮比较明显的采场，对上部有采空区的地点，必须进行加密支护。
3、便携式螺旋支柱支护时必须根据作业面的采幅宽度和顶板压力来确定使用支柱的数量，每个矿房不少于15根螺旋支柱。2米以上采幅采用双排支柱支护，1.5米以下的采幅采用单排支护，但不论是单排还是双排支柱支护，顶部都必须加承压板、木板等护住顶板，以加大接触面积。
4、便携式螺旋支柱不能超高度超承载能力使用（具体要求见附表），超高和超载使用将影响支柱的稳定性，甚至发生安全事故。
5、作业过程中，作业人员要经常检查丝杠松紧和顶板变化情况，及时将支柱拧紧，确保作业安全。
6、风爆工装药结束后，要按顺序由前向后依次拆卸支柱并清点数量；拆卸支柱时要及时观察顶板变化情况，发现异常立即停止拆卸，迅速撤离。
7、出渣工和支护工作业完毕后，须对丝杠重新紧固确认无误方可离开作业现场。撤下来的支柱须将螺母调至最低点，将丝杠置于套管内进行防护。
便携式螺旋支柱使用规定
1、无论作业现场的岩石结构是否存在危险，出渣工、风爆工在进行采矿或掘进作业时必须使用、支护工在顺路支护时必须使用、使用时必须按照上述方法规范支护。
2、把螺旋支柱的使用作为作业现场安全确认的重要内容，带班长或跟班领导必须在确认卡上填写支柱使用情况。
3、螺旋支柱要作为工具进行管理，要及时涂油防锈。使用时必须轻拿轻放，不得随意乱扔。
4、支柱外表出现损伤（如开裂、压扁、明显弯曲等）不能继续使用。
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