初撑力对顶板作用的认识

初撑力对顶板作用的认识

郭庆明

神华宁夏煤业集团有限公司汝箕沟无烟煤分公司宁夏石嘴山753003

摘要：液压支架初撑力对工作面顶板管理有重要影响，固而研究支架初撑力对围岩、不稳定顶板的作用及支架初撑力与工作阻力之间的关系，可以有效的管理工作面顶板。

关键词：初撑力；工作阻力；金属网假顶；围岩

引言

初撑力作为顶板管理的一个重要参数，一直在煤矿生产中被人们所重视。特别是2012年5月新的质量标准化标准颁发以来，人们对初撑力的认识实现了从定性到定量的飞跃。随着近几年的生产实践，人们对初撑力的认识更加深刻，更加全面，并且将会继续进一步深入。本文根据白芨沟煤矿在顶板管理实践中的经验教训，对初撑力及其对顶板相互关系提出了新的看法。

1金属网假顶、直接顶与初撑力

1.1金属网假顶

金属网假顶一般是用12～14号镀锌铁丝编织而成，为加强网边的抗拉强度，常用8～l0号铁丝织成网边。常见的网孔形状有正方形、菱形及蜂窝形等，网孔尺寸一般为20mm×20mm或25mmx25mm。生产实践表明，菱形网在承力性能、延展性等指标方面均比经纬网（正方形）优越。金属网具有较高的强度，必须要保证工作面的联网质量，才可以保证分层开采下分层的顶网质量。金属网假顶柔性大、体积小、重量轻，便于运输及在工作面铺设，且强度高、耐腐蚀、使用寿命长、铺设一次可服务几个分层，目前在分层工作面得到了广泛应用。

1.2直接顶

直接顶也称冒落带，位于煤层或伪顶之上具有一定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层。该部分岩层在采空区已经垮落，在采场由支架暂时支撑在推进方向上不能始终保持传递水平力的联系。

1.3初撑力

初撑力是支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生的主动作用力。对于液压支柱，即是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。

内注式液压支柱的初撑力靠手工操作，一般可达70～100KN。外注式则取决于泵压，它形成的初撑力为：

（1）

——泵站的工作压力；D——支柱活柱的直径；K——管路泵压损失系数。

2支架对顶板的作用

2.1初撑力对顶板的支撑作用

矿井在井巷掘进及采煤作业过程中，往往由于采煤工作面的不断推进，顶板暴露出来的面积也不断增大，暴露出来的顶板由于失去了煤体的支撑作用而发生急剧变形：如下沉速度增加、顶板裂缝、掉渣破碎、局部冒顶或整体切顶，同时顶板对工作面支架压力增加。这时如果不及时采取措施进行支护，随着空顶时间的增加，就会使顶板破碎，发生冒顶、漏渣、切顶事故，此时及时支护和施加一定的初撑力就显得特别重要。

在使用液压支架支护的工作面，在支护顶板和承载过程中都要经过初撑力阶段，增阻阶段和工作阻力阶段。

图1

P0——初撑力；P2——最大工作阻力

如图1．支柱从初撑力阶段到工作阻力阶段的过渡是靠增阻来完成的。增阻的直接原因是由于顶扳下沉所致，因此可以说支柱从初撑力阶段到工作阻力阶段的过渡是靠顶板下沉来完成的。从图1可以看出，由于支柱柱腔内的液体在受压时开始呈弹性变形。因此当初撑力增大时顶板在支柱增阻期间的下沉量就减小，反之当初撑力减小时顶板下沉量就增加。所以在顶板相对稳定，具有足够强度时，初撑力越大，顶板管理效果就越好，初撑力越小，顶板管理效果就越差。初撑力对顶板的支撑作用就在这一好一差之间被突出地表现出来了。

2.2初撑力对金属网假顶的支撑作用

在分层开采的中下分层回采工作面，采煤工作是在上一分层回采后形成的假顶下进行的。由于该顶板本身的非均质性及其形成条件的不平衡。其强度一般较弱并不断变化，初撑力作为影响顶板的一个重要因素。当初撑力较低时，顶网就会下沉，形成网包，不利于假顶的管理。因此，假顶下开采时必须保证足够的初撑力。

2.2.1原因分析

造成实际初撑力较低的原因是多方面的综合来看主要有如下几类：

（1）装备技术不先进。多数液压支架无初撑力保证和支架工况自动化监控系统供，液流量小，阀组通过能力低，其初撑力受人为操作影响较大。

（2）液压系统元件质量低劣，供液压力难于保证。

①高压供液管路及其接口达不到支架设计压力要求。当供液压力还未达到额定初撑力时就发生破裂和脱落。

②现场管理中机械设备检修质量不高。

（3）人为操作因素

①乳化液浓度低。初遇上级检查外，一般情况下对组为节支降耗，完成企业下达的乳化油消耗经营考核指标，多将乳化液浓度调到3％～5％的标准要求以下。造成液压元器件发生锈蚀、损坏密封等后果，进而导致液压系统漏窜液和压力降低的恶性循环。

初撑力时间不足。综采工作面液压支架未安装压力监视或监控装备。操作人员在升架时多凭感觉操作。当支架刚一接顶后即将操作手把回零，支架未经预紧停留阶段，达不到额定初撑力。

多组分段作业，多架多组操作，导致系统流量不足，系统压力下降。

2.2.2解决初撑力问题的建议和措施

（1）必须保证泵站的出口压力，不小于30Mpa。

（2）安装乳化液浓度自动配比仪，改变考核管理方式，消除人为降低乳化液浓度的因素。

（3）采用大流量乳化液泵或采用并联方式增加供液流量。

（4）高压供液管路沿线的管路联接完好，防止因为泵站出口压力过大，导致管路连接处的密封损坏，压力损耗。

（5）液压支架的检修必须到位，液压支架的钢编管路及U型销、安全阀、单项锁等液压元件的检修。

（6）对原有支架加装压力监视仪表，操作人员可根据额定初撑力值得要求，根据监视仪表显示压力值进行操作。

（7）操作人员在升架时，一般带支架接顶后停留5～10s后，即可达到额定初撑力。

（8）在实际操作中，要带压擦顶移架，防止顶网沉包，导致顶板不平，致使支架对顶板的支撑效果差。

3结论

通过以上事例，可以得出以下几点认识：

（1）由公式（1）可以得出：可以通过控制泵站的压力、立柱的直径来控制初撑力的大小。

（2）初撑力作为影响顶板管理的一个重要因素，应根据实际情况进行确定，不同煤层，不同顶底板，不同工作面的初撑力标准应与实际情况相对应。

（3）在网下作业，保证工作面支架的初撑力有利于顶板的管理，防止出现顶网下沉，从而防止出现漏渣等顶板现象的发生。

参考文献：

[1]戴邵诚.高产高效综合机械化采煤技术与装备[M].北京：煤炭工业出版社，1983，（4）.

[2]沈立山.浅谈液压支架初撑力[M].北京：煤炭工业出版社，1995，（2）.