刘 鹏

(晋城煤业集团 长平公司，山西 高平 048400)

随着煤矿开采技术不断进步，产量稳步提升，设备技术已开始持续更新。为推动企业绿色转型，长平公司引进了重型放顶煤采煤工艺。重型放顶煤液压支架具有自行移架、自动推拉刮板输送机功能，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人体力劳动和保证安全生产起着非常重要的作用。但由于长平公司地质条件复杂，对顶板的管控要求严格。因此，合理布置矿压观测方案，及时掌握工作面矿压显现规律和支架受力情况，分析重型放顶煤液压支架的适应性对工作面安全高效开采具有现实意义。

1 重型放顶煤采煤工艺概况

重型放顶煤装备是结合井下现有的综放采煤工艺，配备具有感知能力、记忆能力、学习能力和决策能力的综采装备。重型放顶煤工作面集控中心可一键启动工作面乳化液泵站、胶带输送机、破碎机、转载机、刮板输送机，采煤机采用记忆截割模式，支架通过SAC系统实现自动移架，采煤机LASC系统协同SAC系统可实现刮板机的自动找直，地面分控中心、工作面集控中心通过SAM系统可对综采工作面采煤机、液压支架、运输设备、供液设备、供电设备进行实时监控，并及时做出操控调整。

重型放顶煤液压支架(中间架)型号为ZF11000/20.5/38，支架中心距为1 750 mm。普通综合机械化放顶煤液压支架(中间架)型号为ZF7200/17/33.5，支架中心距为1 500 mm。重型放顶煤液压支架与普通综放工作面液压支架相比，除额定工作阻力、支护高度、中心距等有所提高以外，更具有自行移架和自动推拉刮板输送机功能，机械化程度更高。

2 重型放顶煤工作面矿压显现规律分析

2.1 工作面概况

长平公司5302工作面率先应用重型放顶煤采煤工艺，工作面位于3号煤一水平五盘区南翼，为五盘区的首采工作面。工作面地面标高979～1 170 m，煤层底板标高412～480 m，倾角1～9°。工作面走向长度 1 509.17 m，倾斜长度295.00 m，煤层平均厚度5.64 m。工作面整体东高西低，南北高中部低，切眼东高西低，切眼相对高差约12 m。工作面于2019年9月1日开始回采，为减少初采期间来压对工作面造成的影响，回采期间工作面一直伪斜推进。截止到2019年9月28日，工作面机头共推进31.4 m，机尾共推进51.6 m。

2.2 工作面矿压监测设备布置方式

工作面共安装171台液压支架，采用天玛电液控制系统，每架支架均安装了电液控制器，可以实时采集矿压数据，并通过环网传输至井上服务器。

2.3 工作面初采期间矿压显现规律分析

选取初采期间支架压力数据进行分析，每隔10架分析一组，即10号、20号、30号、40号、50号、60号、70号、80号、90号、100号、110号、120号、130号、140号、150号、160号、170号共计17组支架压力数据，工作面各位置顶板初次来压情况如下：

1) 2019年9月5日工作面上部10号、20号支架附近顶板首先来压，来压持续至9月10日，最大工作阻力达11 610.8 kN，来压步距为9.2 m；

2) 2019年9月7日，工作面下部150号支架附近顶板初次来压，来压持续至9月10日，最大工作阻力达11 384.8 kN，来压步距为15.2 m；

3) 2019年9月8日，工作面中部90号支架附近顶板初次来压，来压持续至9月12日，最大工作阻力达11 441.3 kN，来压步距为13.6 m；

4) 2019年9月9日，130号、140号支架附近顶板开始来压，该位置来压持续时间较长，尤其是130号支架来压持续至9月19日。来压期间，支架安全阀开启较频繁，最大工作阻力11 384.8 kN，来压步距为17.6 m；

5) 2019年9月16日，160号支架附近顶板初次来压，来压持续至9月20日，最大工作阻力达11 387.3 kN，来压步距为30 m；

6) 2019年9月17日，100号、110号支架附近顶板开始来压，来压持续至9月20日，最大工作阻力11 497.8 kN，来压步距为32 m；

7) 2019年9月19日，30号、40号、50号、60号支架附近顶板开始来压，来压持续至9月22日，最大工作阻力11 667.3 kN，来压步距为25.2 m；

8) 2019年9月22日，70号、80号、120号、170号支架附近顶板开始来压，最大工作阻力11 497.8 kN，70号、80号支架来压步距为31.6 m，120号支架来压步距为37.7 m ，170号支架来压步距为40 m。

工作面不同位置来压次序见图1，不同位置初次来压步距见图2。

图2 工作面不同位置初次来压步距

图1 工作面不同位置来压次序

由于工作面倾斜长度较长，初采期间一直处于伪斜推进状态，初次来压呈现出明显的分段来压特征，上部最先来压，中部来压一般约在30 m，下部最后来压，平均来压步距为24.6 m。初采期间各支架工作阻力普遍在8 000 kN以下。工作面顶板初次来压强度较大，支架普遍达到额定工作阻力，部分支架安全阀开启。

3 液压支架初撑力及循环末阻力分析

工作面在初采期间，上部与下部的液压支架平均初撑力较高，基本维持约在6 000 kN，中部液压支架初撑力偏低，120号支架平均初撑力仅为3 604.2 kN，工作面支架初撑力平均为5 461.9 kN，呈现整体偏低的态势。导致液压支架初撑力较低的原因为：工作面巷道和切眼在掘进期间沿顶掘进留有底煤，所以在初采期间，工作面一直处于下栽找煤层底板状态，导致支架接顶不实，初撑力较低。初采期间支架平均循环末阻力基本维持约在7 000 kN，平均为7 195.6 kN，最大循环末阻力保持约在11 400 kN，当支架循环末阻力超过额定工作阻力时，安全阀自动开启，呈现自我保护状态。支架工作阻力特征曲线见图3。

图3 支架工作阻力特征曲线

4 结 语

5302重型放顶煤初采期间，顶板能够按照规律正常跨落，来压步距与来压强度均在合理范围内，效果良好。支架初撑力最大值为9 854.8 kN，平均为5 461.9 kN，末阻力最大值为11890.4kN，平均为7195.6kN。初次来压期间，当支架循环末阻力基本超过额定工作阻力，安全阀自动开启，呈现自我保护状态。通过初采期间支架的初撑力和循环末阻力可得出，重型放顶煤ZF11000/20.5/38型液压支架能够满足工作面顶板支护要求，为长平公司的安全生产提供了保障，更为企业绿色转型奠定了良好的基础。