姜亞坤　顏超

摘要：從頂板控制的各種要求來看，不論是防壓、防漏還是防推，都要求采場支柱具有較高的初撐力。采煤工作面單體液壓支柱的初撐力對頂板控制十分重要。文章對采煤工作面初撐力低的原因進行了六個方面的分析，并提出了相應的應對方法和提高初撐力的措施。

關鍵詞：采煤工作面；單體液壓支柱；初撐力；影響因素；頂板控制 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD355 文章編號：1009-2374（2015）01-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0077

1 初撐力的重要性

從頂板控制的各種要求來看，不論是防壓、防漏還是防推，都要求采場支柱具有較高的初撐力。因此在預防頂板事故中，應把初撐力擺在最重要的位置，這是因為支柱工作阻力在相當大程度上取決于支柱初撐力。在支柱密度與支護系統(tǒng)剛度一定的條件下，初撐力大，工作阻力也大。另外，對于松軟底板，較大的支柱初撐力能起到對底板的預壓實作用，從而使支柱在頂板下沉中能較快地達到恒阻階段。考慮到提高初撐力可以預防直接頂離層，可以使支柱更快地達到需要的工作阻力，以平衡垮落帶巖重，因此應當在工作面支護設計時增加支柱初撐力這個指標，才能更好地控制頂板和預防冒頂

事故。

2 工作面初撐力低的原因分析

2.1 底板松軟使支柱鉆底

支柱壓入底板的主要原因是由于與支柱接觸的底板產生的比壓超過了底板巖層本身的極限抗壓入強度，造成底板破壞、底板的抗壓入阻力急劇下降所致。采場中單體支柱鉆底量一般主要和下列因素有關：（1）采場頂板壓力的大小分布；（2）采場底板的承載能力；（3）支柱的性能與結構（特別是底座面積的大?。唬?）支柱的作用時間。當支柱底座對底板的壓力超過底板承受極限比壓時，底板巖石即遭到破壞，這時支柱的鉆底量迅速變大。支柱鉆底量大，必然導致頂板下沉量大，頂板離層加大，并使頂板更加破碎。另外，因為支柱底座對底板比壓高時支柱就發(fā)生鉆底，必然使支柱的初撐力無法提高，支護系統(tǒng)剛度不高，因此使支護系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性也變低。特別是在支柱剛注完液時，因底板還沒有壓實，支柱鉆底速度很快，從而導致初撐力迅速下降，使支柱實際僅獲得很低的初撐力。隨著支柱初撐力的降低以及底板的進一步壓實，支柱的鉆底速度將下降。支柱的初撐力下降是具有一定限度的，當支柱的初撐力很低時，底板的變形速度將變慢，阻止初撐力的進一步降低，并且由于頂板的下沉，使支柱能保持一定的初撐力，這樣支柱在始終有一定壓力的情況下發(fā)生緩慢下沉，使支柱保持一定的初撐力。這種情況下，可能使支柱始終無法達到恒阻階段，并且頂板離層不斷加大，工作面更容易發(fā)生各種冒頂事故。對底板松軟的工作面，限制支柱載荷作用下產生的最大比值以及增強或至少避免減弱底板巖層的抗壓入強度，是改善支柱底座比壓分布以及防止支柱壓入底板的關鍵。目前我國在底板松軟的工作面，主要使用柱鞋控制軟底板。此外，也可以通過改善工藝條件來減少支柱鉆底。如盡可能不將支柱打在浮煤和碎矸上，有時要刨窩將支柱支在較硬的底板上；合理布置炮眼，控制底排炮眼裝藥量，采用微差爆破技術等，減少放炮時對底板的震動和破壞；增加支護密度；防止或減少水對底板巖層的侵泡軟化作

用等。

2.2 乳化液泵站和工作面距離過大

在采煤過程中，乳化液泵站應放在工作面的前方，并隨著工作面的推進而前移。但在某些工作面，往往將工作面置于靠近采區(qū)上山的運輸平巷內。由于巷道及管路的彎曲，這個數值一般大于工作面走向長度。這樣一來，當對工作面支柱進行注液時，必然造成在過長的輸液管路上消耗大量泵站壓力，使注液槍口處液體流量和壓力都變小。另外，由于管路過長，消耗在管路上的壓力將變大，當支柱接頂時，注液槍管內的壓力非常低，要使支柱壓力升高到和泵站壓力平衡，需要泵站的壓力傳遞過來，這個過程實際上是壓力波的傳遞過程。同時支柱接頂以后，還存在背頂材料和底板的壓縮過程，該過程消耗了一部分傳遞過來的壓力，而壓力波要用過長的輸液管路傳遞過來需要一定時間。這兩者綜合作用，使支柱的增壓時間變長。在實際操作中，支護工人往往是在支柱接頂后就立即停止注液，這樣就無法使支柱達到足夠的初撐力，特別是當升柱需用很長時間的情況下，工人更容易失去在支柱接頂后繼續(xù)注液升壓的

耐心。

2.3 工作面多槍同時注液時

在采煤工作面一般為分段作業(yè)，當支設支柱時，往往是工作面多槍同時操作，這更不利于增加支柱的初撐力。某個采煤工作面的主輸液管內徑為16mm，注液槍管內徑為10mm，均為內包鋼絲帶的高壓膠管。所有支柱缸體內徑為100mm。工作面長度約為100m，共有八桿注液槍。泵站工作壓力調定為18MPa。根據觀察，在三桿注液槍同時作業(yè)時，升柱時間一般超過30s，當僅有一桿注液槍作業(yè)時，升柱時間大約需要10～20s的時間，并且明顯可看出同時注液的槍數越多，升柱速度就越慢。可見因輸液管道過長使輸液阻力變大，從而限制了液體流量。在工作面多槍注液過程中，必然遇到這樣的情況，即當一個地方正在升柱時，另一個地方的支柱正處在接頂后的增壓過程中，這樣必然導致正在增壓過程中的支柱壓力偏低。對于大部分的采煤工作面來說，多槍注液是不可避免的，其結果是造成支柱初撐力偏低，工作面支柱壓力不均勻。將泵站放在工作面近前方，并隨工作面推進而前移，泵站距工作面的距離越小對提高支柱的初撐力是越有利的，但有時可能因巷道斷面小或其他原因而無法使泵站隨工作面的推進而前移，這時可考慮將泵站分段前移。

2.4 部分地點支柱高度不夠

對于采煤工作面來說，特別是炮采工作面，采高往往是很難控制的，在工作面回采過程中，有些支柱已經升到最高，有些支柱甚至根本不能接頂，在這些情況下，支柱是不可能有足夠的初撐力，甚至有的支柱初撐力為零。對于這個問題，唯一的解決辦法就是更換支柱，并且是應該在控頂設計階段就已經選好合適的endprint

支柱。

2.5 輸液管道質量差

采煤工作面的輸液管質量差，當泵站壓力調至規(guī)定18MPa時，經常發(fā)生爆管事故，因此泵站的壓力只能維持在18MPa以下，結果必然是造成支柱的初撐力不夠。對于這樣的輸液管道，必須應予更換，甚至對這樣一個在客觀上需要較大支柱初撐力的工作面，若換用綜采面用的泵站系統(tǒng)，將對工作面支柱初撐力的提高起到較大作用。

2.6 工人操作不符合要求

由以上所述，為了提高初撐力，要求不將支柱支在浮煤碎矸上，在支柱接頂后繼續(xù)注一段時間液（至少為5s），使支柱能充分增壓，盡量放炮時不破壞頂底板，保證將支柱支正等。但是這些要求往往不能很好地得到執(zhí)行，特別是工人們習慣于在注液時感覺注不動時就停止注液，實際上，這時注液槍仍能緩慢地對支柱供液，是一個升壓過程，若這時停止注液，將使支柱的初撐力很低。要解決問題，其方法只能是加大對工人和管理人員的培訓力度，完善相應的監(jiān)督、獎懲制度。

3 提高初撐力的措施

在前面敘述中，已經給出了各情況下的一些解決方法。但問題是沒辦法在短時間內得到解決，為此，必須有提高支柱初撐力的直接有效的措施。這里我們提出了強制要求工人在支柱支好后對其進行二次打壓的措施，該方法能有效解決上述存在的一些問題：（1）由于底板松軟，支好支柱以后將會發(fā)生支柱鉆底，當鉆底速度大于頂板下沉速度時，支柱的初撐力在短時間內會減小。對于在支柱對底板比壓達到底板的極限比壓后比壓能繼續(xù)增大的底板，二次打壓能使底板進一步壓實，并使支柱的初撐力達到較大的值。但對于另外一些底板，出現(xiàn)第一次破壞后壓力下降，繼續(xù)加壓時，比壓不上升或上升后峰值不超過第一個峰值，對這樣的底板，若二次打壓前底板已經破壞，繼續(xù)二次打壓一般只能增加支柱的鉆底量，而對提高支柱的初撐力沒多大幫助，對這樣的底板只能依靠支柱穿鞋來提高支柱的初撐力；（2）由于在二次打壓時輸液管道的乳化液流量非常小，在管道上引起的壓力降也很小，因此注液槍能給予支柱較大的液體壓力，這時就不存在因輸液管道過長而使支柱的初撐力無法達到要求的問題；（3）二次打壓可使因其他各種原因造成支柱初撐力達不到要求的支柱初撐力升高，并使支柱的支撐力均衡。

作者簡介：姜亞坤（1980—），男，山東金鄉(xiāng)人，濟寧市金橋煤礦助理工程師，注冊安全工程師，研究方向：煤炭工程；顏超（1979—），男，山東微山人，微山崔莊煤礦有限責任公司助理工程師，注冊安全工程師，研究方向：煤炭工程。

（責任編輯：蔣建華）endprint