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摘要：文章结合丰海煤矿实际条件，通过对C9煤层单体工作面的矿压观测，分析研究支柱初撑力来压的频率分布，拟提出简单、可行的能够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：矿压观测；初撑力；频率分布；提高方法
中图分类号：TD355.3 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0004-02
近几年，煤业公司对单体液压支柱的大力推广和使用，极大地改善了井下顶板管理条件。然而在单体液压支柱使用过程中，普遍存在支柱初撑力（指支柱通过泵压而给予顶板的主动支撑力）较低的问题。究其原因主要是井下复杂多变的地质环境以及采煤工人操作技能和现场管理不到位造成。对此，通过对我矿307采区、402采区和403采区C9煤层单体工作面进行矿压观测，在分析单体液压支柱初撑力频率分布的基础上，提出简单、可行的提高初撑力的方法。
1工作面概况及回采工艺
C9煤层以单斜构造为主，煤层倾角21 ̊~40 ̊，平均为30 ̊，煤层0.8~1.8 m，平均厚度为1.3 m。顶板为细粉砂岩，厚度约2 m，节理裂隙发育情况一般，顶板较完整，含较多黄铁矿化虫迹化石和沿层面见较多黑云母片，向上为粗粉砂岩或细砂岩，厚度约4 m。底板为粗粉砂岩或细砂岩，岩性坚硬，厚度约2.0 m，含较多植物碎屑化石，底板较完整。
工作面采用MSZ—1.2电煤钻打眼，使用2#岩石销铵炸药和秒延期雷管爆破落煤，人工攉煤，溜槽溜煤，MGH—1 T固定矿车装煤，电瓶车拉煤；采用DW-250/80等系列单体液压支柱结合DJC-1000绞接顶梁支护顶板，排、柱距为1 m×1 m，采用人工回柱，一排密集切顶，“见五留四回一”全部垮落法处理采空区；工作面两天3个循环，两小班1个循环，循环进度为1 m，执行“边采边准”作业方式。
2支护参数初撑力计算
①采用支柱初撑力平衡直接顶岩重计算，如图1所示。
式中：q直为单位面积直接顶岩重，t/m2；γ直为直接顶质量密度，细粉砂岩取2.4；h直为直接顶厚度，m；工作面支柱排L排、柱距L柱为1 m，密柱间距为0.5 m，最小控顶距L控为4 m，控顶距内支柱数量n为5根，侧为支柱密度e为：
e=1/（n/L控）=1÷（5÷4）=0.8根/m2
g取10，初撑力po为：po=（q直·g/n）=4.8×10÷0.8=60 kN/根。
②《煤矿安全规程》规定：80 mm缸径单体液压支柱初撑力≥60 kN/根，换算后为12 MPa/根。
通过以上计算得出，工作面单体液压支柱结合绞接顶梁支护顶板，排、柱距为1 m×1 m，支柱初撑力必须达12 MPa/根以上才符合《煤矿安全规程》规定，且可能避免顶板垮落时造成的垮面事故。
3初撑力观测
①观测方法。在支柱初设时，用便携式单体支柱工作面阻力检测仪（KBY-60型）观测初撑力，观测时将KBY-60型检测仪配备的转接阀套接到单体支柱上的三用阀口处旋紧，按下开关即可读取数据。
②测点布置。为了更好的研究工作面单体液压支柱初撑力，把在工作面第一排柱作为研究对象（如图2所示），连续地进行观测，采面每推进一排柱观测记录一次，每隔三根测一根。
③支柱初撑力频率分布情况。在298个布点初撑力实测数据中，其最小值为0，即取下限值为0 MPa，最大值为19 MPa，取上限值为20 MPa。在其上、下限值期间，按组距4 MPa列表值得出支柱初撑力频率分布示意图（如图3所示）。
④观测结果研究。由初撑力频率分布示意图（如图3所示）可以看出，支柱初撑力>12 MPa的占38.6%，<12 MPa的占61.4%。大部分初撑力未达规定的12 MPa。支柱初撑力对于减少顶底板移近量以及充分发挥支柱支撑顶板的作用是不利的，容易引起上部岩层离层，突发安全隐患。
4影响支柱初撑力的因素分析
通过对现场的单体液压支柱使用及监测发现，影响支柱初撑力的因素是多方面的，现场工作面条件各异及诸多因素对初撑力的影响程度也各不相同，主要有以下三个方面。
4.1自然条件对单体初撑力的影响
当采面遇顶底板松软、留有顶（底）煤、漏顶没有接实、遇断层及地质褶曲构造带等情况时，如果没有采取相应的补救措施，初撑力定会受到不同程度的影响。
4.2设备状况对初撑力的影响
①乳化液泵站压力低时。其原因在于泵站压力不合理，达不到支柱规定初撑力的标准；其次是设备本身问题，运行状况差，实际工作压力低于泵站额定工作压力等；另外泵站安装位置不正确，也将致使其压力损耗过大。
②高压管状况不佳。主要表现在线路长，接头多、转弯急、管径不匹配、高压管和注液枪漏液等问题。
③支柱本身有问题。体现在缸体变形、三用阀漏液、密封圈失效等方面。
4.3操作手法对初撑力的影响
在使用注液枪升柱过程中，如果活柱刚接触顶板即放下注液枪，则是支柱的初撑力较低；若注液枪没有安装密封圈，则升起的支柱初撑力一定很低；对于软底、破碎顶板工作面，由于垫底、背顶材料的不合理，将会降低支柱的初撑力。
5提高支柱初撑力的方法
5.1强化采煤工培训
通过对采煤工进行培训，以提高工作面单体液压支柱初撑力为重点。做到以下两点。
①切实树立单体支柱“初撑力第一”的思想。充分了解初撑力在顶板控制中的作用，并认知支柱初撑力与安全生产的重要关系。
②对现场操作技能进行培训。利用安全活动日举办矿压知识培训，并且组织开展单体液压支柱操作技能比武活动，促使采面工人认识到“初撑力第一”就是抓好工作面支护质量的重要环节和实现安全生产的关键。
5.2优化技术基础
技术基础工作就是解决设备与支护刚度的问题，合理调定乳化液泵、选定相应的支柱型号和高度。对采面来说应做好以下几个工作。
①严格控制支柱升降的高度，使其和工作面采高相适应，并保证初撑刚度。
②切合实际情况加强乳化液泵管系统的检修工作，调好合理乳化液泵的泵压≥18 MPa。
③做好第一排支柱補液工作，确保每根支柱初撑力达到12 MPa以上。
④尽量避免两处同时用枪作业，以保证注液枪的出口压力。
5.3加强现场支柱使用管理
做好现场管理，是实现质量标准化和安全生产的关键。因此，对支柱的使用管理要把好以下三关。
①按时检修试压关。对于检测不合格的支柱禁止下井，井下使用超过8个月的必须送回地面车间检修。
②井下使用质量检查关。支柱要对号入座，选用高度适宜的支柱，太高或太矮的支柱不设得将就支设，对发现漏液柱及时做记号并辙下来。
③规范操作关。要按操作规程的规定进行操作，不得将支柱设在浮煤上，接顶要实，杜绝“偷工减料”现象。
6结语
坚持以“初撑力第一”作为提高支柱效果的重要手段，通过强化采煤工培训、优化技术基础和加强现场支柱使用管理，丰海煤矿工作面单液压支初撑力合格得到较大提高，达到86.5%以上。基本上可以保持顶板的完整性，控制顶板离层及顶板下沉量，提高了采煤工作面的安全系数，保证了矿井的安全生产。
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).
[2] 万峰,张洪清,韩振国.液压支架初撑力与工作面矿压显现关系研究[J].煤炭科学技术,2011,(6).
[3] 万明福,李跃华.单体液压支柱工作面提高初撑力的综合保障体系[J].中州煤炭,2009,(7).
[4] 胡长仁.单体液压支柱初撑力低的原因和处理方法[J].煤炭科学技术,1989,(6).
[5] 万明福,李跃华.单体液压支柱初撑力低的原因分析[J].中州煤炭,2009,(9).
[6] 支光辉,韦四江,黄春光.告成矿滑动构造顶板矿压观测研究[J].矿冶工程,2011,(3).
关键词：矿压观测；初撑力；频率分布；提高方法
中图分类号：TD355.3 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0004-02
近几年，煤业公司对单体液压支柱的大力推广和使用，极大地改善了井下顶板管理条件。然而在单体液压支柱使用过程中，普遍存在支柱初撑力（指支柱通过泵压而给予顶板的主动支撑力）较低的问题。究其原因主要是井下复杂多变的地质环境以及采煤工人操作技能和现场管理不到位造成。对此，通过对我矿307采区、402采区和403采区C9煤层单体工作面进行矿压观测，在分析单体液压支柱初撑力频率分布的基础上，提出简单、可行的提高初撑力的方法。
1工作面概况及回采工艺
C9煤层以单斜构造为主，煤层倾角21 ̊~40 ̊，平均为30 ̊，煤层0.8~1.8 m，平均厚度为1.3 m。顶板为细粉砂岩，厚度约2 m，节理裂隙发育情况一般，顶板较完整，含较多黄铁矿化虫迹化石和沿层面见较多黑云母片，向上为粗粉砂岩或细砂岩，厚度约4 m。底板为粗粉砂岩或细砂岩，岩性坚硬，厚度约2.0 m，含较多植物碎屑化石，底板较完整。
工作面采用MSZ—1.2电煤钻打眼，使用2#岩石销铵炸药和秒延期雷管爆破落煤，人工攉煤，溜槽溜煤，MGH—1 T固定矿车装煤，电瓶车拉煤；采用DW-250/80等系列单体液压支柱结合DJC-1000绞接顶梁支护顶板，排、柱距为1 m×1 m，采用人工回柱，一排密集切顶，“见五留四回一”全部垮落法处理采空区；工作面两天3个循环，两小班1个循环，循环进度为1 m，执行“边采边准”作业方式。
2支护参数初撑力计算
①采用支柱初撑力平衡直接顶岩重计算，如图1所示。
式中：q直为单位面积直接顶岩重，t/m2；γ直为直接顶质量密度，细粉砂岩取2.4；h直为直接顶厚度，m；工作面支柱排L排、柱距L柱为1 m，密柱间距为0.5 m，最小控顶距L控为4 m，控顶距内支柱数量n为5根，侧为支柱密度e为：
e=1/（n/L控）=1÷（5÷4）=0.8根/m2
g取10，初撑力po为：po=（q直·g/n）=4.8×10÷0.8=60 kN/根。
②《煤矿安全规程》规定：80 mm缸径单体液压支柱初撑力≥60 kN/根，换算后为12 MPa/根。
通过以上计算得出，工作面单体液压支柱结合绞接顶梁支护顶板，排、柱距为1 m×1 m，支柱初撑力必须达12 MPa/根以上才符合《煤矿安全规程》规定，且可能避免顶板垮落时造成的垮面事故。
3初撑力观测
①观测方法。在支柱初设时，用便携式单体支柱工作面阻力检测仪（KBY-60型）观测初撑力，观测时将KBY-60型检测仪配备的转接阀套接到单体支柱上的三用阀口处旋紧，按下开关即可读取数据。
②测点布置。为了更好的研究工作面单体液压支柱初撑力，把在工作面第一排柱作为研究对象（如图2所示），连续地进行观测，采面每推进一排柱观测记录一次，每隔三根测一根。
③支柱初撑力频率分布情况。在298个布点初撑力实测数据中，其最小值为0，即取下限值为0 MPa，最大值为19 MPa，取上限值为20 MPa。在其上、下限值期间，按组距4 MPa列表值得出支柱初撑力频率分布示意图（如图3所示）。
④观测结果研究。由初撑力频率分布示意图（如图3所示）可以看出，支柱初撑力>12 MPa的占38.6%，<12 MPa的占61.4%。大部分初撑力未达规定的12 MPa。支柱初撑力对于减少顶底板移近量以及充分发挥支柱支撑顶板的作用是不利的，容易引起上部岩层离层，突发安全隐患。
4影响支柱初撑力的因素分析
通过对现场的单体液压支柱使用及监测发现，影响支柱初撑力的因素是多方面的，现场工作面条件各异及诸多因素对初撑力的影响程度也各不相同，主要有以下三个方面。
4.1自然条件对单体初撑力的影响
当采面遇顶底板松软、留有顶（底）煤、漏顶没有接实、遇断层及地质褶曲构造带等情况时，如果没有采取相应的补救措施，初撑力定会受到不同程度的影响。
4.2设备状况对初撑力的影响
①乳化液泵站压力低时。其原因在于泵站压力不合理，达不到支柱规定初撑力的标准；其次是设备本身问题，运行状况差，实际工作压力低于泵站额定工作压力等；另外泵站安装位置不正确，也将致使其压力损耗过大。
②高压管状况不佳。主要表现在线路长，接头多、转弯急、管径不匹配、高压管和注液枪漏液等问题。
③支柱本身有问题。体现在缸体变形、三用阀漏液、密封圈失效等方面。
4.3操作手法对初撑力的影响
在使用注液枪升柱过程中，如果活柱刚接触顶板即放下注液枪，则是支柱的初撑力较低；若注液枪没有安装密封圈，则升起的支柱初撑力一定很低；对于软底、破碎顶板工作面，由于垫底、背顶材料的不合理，将会降低支柱的初撑力。
5提高支柱初撑力的方法
5.1强化采煤工培训
通过对采煤工进行培训，以提高工作面单体液压支柱初撑力为重点。做到以下两点。
①切实树立单体支柱“初撑力第一”的思想。充分了解初撑力在顶板控制中的作用，并认知支柱初撑力与安全生产的重要关系。
②对现场操作技能进行培训。利用安全活动日举办矿压知识培训，并且组织开展单体液压支柱操作技能比武活动，促使采面工人认识到“初撑力第一”就是抓好工作面支护质量的重要环节和实现安全生产的关键。
5.2优化技术基础
技术基础工作就是解决设备与支护刚度的问题，合理调定乳化液泵、选定相应的支柱型号和高度。对采面来说应做好以下几个工作。
①严格控制支柱升降的高度，使其和工作面采高相适应，并保证初撑刚度。
②切合实际情况加强乳化液泵管系统的检修工作，调好合理乳化液泵的泵压≥18 MPa。
③做好第一排支柱補液工作，确保每根支柱初撑力达到12 MPa以上。
④尽量避免两处同时用枪作业，以保证注液枪的出口压力。
5.3加强现场支柱使用管理
做好现场管理，是实现质量标准化和安全生产的关键。因此，对支柱的使用管理要把好以下三关。
①按时检修试压关。对于检测不合格的支柱禁止下井，井下使用超过8个月的必须送回地面车间检修。
②井下使用质量检查关。支柱要对号入座，选用高度适宜的支柱，太高或太矮的支柱不设得将就支设，对发现漏液柱及时做记号并辙下来。
③规范操作关。要按操作规程的规定进行操作，不得将支柱设在浮煤上，接顶要实，杜绝“偷工减料”现象。
6结语
坚持以“初撑力第一”作为提高支柱效果的重要手段，通过强化采煤工培训、优化技术基础和加强现场支柱使用管理，丰海煤矿工作面单液压支初撑力合格得到较大提高，达到86.5%以上。基本上可以保持顶板的完整性，控制顶板离层及顶板下沉量，提高了采煤工作面的安全系数，保证了矿井的安全生产。
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).
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[3] 万明福,李跃华.单体液压支柱工作面提高初撑力的综合保障体系[J].中州煤炭,2009,(7).
[4] 胡长仁.单体液压支柱初撑力低的原因和处理方法[J].煤炭科学技术,1989,(6).
[5] 万明福,李跃华.单体液压支柱初撑力低的原因分析[J].中州煤炭,2009,(9).
[6] 支光辉,韦四江,黄春光.告成矿滑动构造顶板矿压观测研究[J].矿冶工程,2011,(3).