三软煤层综采工作面液压支架的选型探索摘要：本文以火铺矿21170工作面为工程背景，对三软煤层综采液压支架的选型进行了探索。阐述了三软煤层“支架-顶板-煤壁”系统的失稳特征及支架设计原则，指出增大支架工作阻力、采用护帮板能提高三软煤层回采的可靠性，通过顶板动载荷法计算确定了该采面液压支架合理的支护阻力并进行了支架选型，成功进行了工程实践。关键词：三软煤层；液压支架；支护阻力图分类号：TD355文献标志码：A：随着煤矿开采设备的制造工艺及回采工艺水平的卓越发展，使得各种复杂赋存条件下的煤层开采可靠性得以提高，采用先进的回采设备可以在保障安全的前提下有效提高煤炭回采效率及经济效益，故在长期的工程实践中对于回采设备的研究极为重要，特别是液压支架的研究应用[1-2]。贵州盘江矿区三软煤层占据了很大的开采比例，而盘江矿区的火铺矿17#煤层与一般三软煤层有所不同，其顶底板岩性及煤质更为松软，属典型的三软煤层，对其综采技术的攻关研究一直是该矿区的一大难题。该矿在17#煤层的开采中，支架失稳、顶板冒落、煤壁片帮等事故频发，极大程度上制约了综采面效率的发挥，造成17#煤回采速度异常缓慢，平均月推进量在20m左右，回采效率低[3]，开展火铺矿三软煤层综采工作面液压支架的选型探索研究及运用性分析对火铺矿乃至盘江矿区的17#煤安全高效开采具有重要的现实指导意义。本文以盘江矿区火铺矿17#煤层21170工作面的回采为工程背景，采用理论分析和理论计算进行液压支架的优化选型研究，并在工程实践中进行应用效果分析。1工程概况火铺矿21170综采工作面埋深284～345m，平均为307m，平均倾角为23°。煤层普氏系数f约为0.1，煤质极为松软呈粉末状。煤层厚度平均为6.6m，采用走向长壁采煤法进行分层开采。煤层直接顶板为14m厚的泥质粉砂岩，普氏系数f约为1～2，节理裂隙发育，极易冒落，稳定性极差。2三软煤层“支架-顶板-煤壁”系统稳定性分析2.1“支架-顶板-煤壁”系统失稳特征在采场液压支架工作阻力的研究方法中，英国WELSON方法将维持采面直接顶的稳定作为确定支架工作阻力的依据[4]，即与直接顶形状及载荷有关，支架与顶板构成一个稳定系统，但忽略了采场煤壁的支撑作用。三软煤层顶板极为松软，随采随落，且煤壁极易发生片帮，构建“支架-顶板-煤壁”稳定性系统如图1所示。支架支护阻力P与上覆“倒梯形区域A”中的岩层载荷QA达到平衡时必有载荷作用在前方煤壁上，否则区域A岩块将发生旋转失稳，煤壁的支撑力P煤参与了采场的平衡系统，即在极限平衡状态时，QA=P+P煤。在“支架-顶板-煤壁”稳定性系统中，若液压支架支护阻力P小于覆岩载荷QA，覆岩载荷将更多的由煤壁支撑，而煤壁的稳定性降低，此时煤壁发生片帮的概率增大。片帮后煤壁上方的岩层随之冒落，从而造成支架埋头、压死等现象，液压支架的支护阻力在三软煤层的“支架-顶板-煤壁”稳定性系统中起到了决定性作用，故应尽可能地提高支架工作阻力，缓解煤壁压力，维持采场“支架-顶板-煤壁”系统的稳定性。图1采场“支架-顶板-煤壁”系统失稳示意2.2三软煤层液压支架设计原则（1）增大支护阻力额定支护阻力是支架型号的主要表征，当支架无法支撑上覆顶板重量时立柱将下沉，此时顶板发生活动，稳定性变差，煤壁将承受更大的顶板压力，极易发生片帮，从而引发上覆顶板垮落式冒落，故应增大液压支架的支护阻力可在支撑顶板的同时起到保护煤壁的作用。（2）护帮强顶三软煤层煤壁松软易片帮，采用护帮板可提高煤壁自身的稳定性，及时支护煤壁，减少片帮现象的发生，达到强化煤帮上覆顶板的效果。（3）增加前探梁长度煤壁片帮后支架空顶距增大，而冒顶往往发生在片帮之后的顶板支护不及时，故支架设计中加长前探梁长度能在片帮后及时支护顶板，减少空顶时间及空顶距，保证顶板的稳定性。3液压支架的确定及效果评价3.1液压支架工作阻力的确定及支架选型液压支架的承载特征与采场覆岩静态结构有关，一般考虑为采场上覆岩石的重量，同时支架支护阻力的确定还应考虑采面推进过程中采场顶板的最大动载效应[5]。利用顶板载荷并添加动载系数来计算支架的工作阻力如下。支架的支护强度q由煤层顶板的等级和...