試析大傾角大采高綜采面內防止液壓支架倒架的措施

【摘 要】液壓支架性能好壞直接關系到工作面的安全與否，因此加強工作面內液壓支架管理與維護十分重要。本文基于某礦特殊條件——綜采工作面為大傾角大采高來，來分析與總結大傾角大采高綜采面防止液壓支架倒架的措施。筆者認為影響支架倒架的因素有煤層傾角、工作面采高、運輸機推移與煤壁片幫，因此針對這些原因也從四個方面對防止倒架措施進行了探討，以期為具有大傾角大采高特性的煤礦在管理液壓支架時提供參考。

【關鍵詞】大傾角；大采高；綜采工作面；液壓支架；防倒措施

0.前言

綜采工作面內液壓支架起著支撐頂板、保護設備和行人安全的作用，是關鍵綜采設備之一，且數量較多，（一般在10架以上），因此是工作面內設備管理與維護的重點。從以往經驗來看，液壓支架容易出現一些局部故障，如死架、自動降架等，處理起來相對麻煩。更為糟糕的是，如果工作面內出理倒架事故，則會給煤礦生產造成重要影響。支架傾倒往往是數臺甚至是數十臺，處理起來非常棘手，干擾礦山生產不說，也為工作面安全埋下隱患。依上分析，液壓支架管理的重要性不言而喻，液壓支架性能好壞直接關系到工作面的安全與否。本文以某礦為例，3102工作面為典型的大傾角大采高綜采工作面，煤層平均傾角28°，最大采高為5.6m，頂板為復合頂板條件，采用ZY10000-28/62型支撐掩護式支架支撐頂板，共計120臺。在工作面回采初期，發生一起嚴重倒架事故，最多時數量達到30臺，給煤礦造成巨大損失。以下就該礦倒架事故進行原因分析。

1.液壓支架倒架原因分析

大傾角大采高綜采面內液壓支架力學模型穩定性分析如圖1所示。

圖1 支架正常支撐時受力示意圖

式中，Hg為支架重心高度；H為采高；B為支架底座寬度；N1為底板對底座的支承力；N2為頂板對頂梁的正壓力；μ2為頂梁與頂板間的摩擦因數；G為支架所受重力；f1為支架頂梁所受摩擦力；F1為鄰架的壓力；α為底板傾角。

在支架正常支撐時，主要依靠頂梁與頂板的摩擦力、側護板與鄰架的壓力、支架的下滑分力相互作用來維持支架力矩平衡，保證支架處于穩定狀態。

（1）工作面傾角的影響。在大傾角工作面，由于傾角的影響，支架和頂板均會出現一個下滑分力，該分力的作用結果造成支架存在一定傾倒趨勢，而且隨著傾角的增大，由下滑分力作用引起支架下滑、傾倒的趨勢上升。

（2）工作面采高的影響。隨著工作面采高的加大，支架重心位置上升，支架自重產生的力矩效果由穩定支架逐漸過渡到使支架側翻，因此，采高的加大會加劇支架的傾倒。

（3）工作面片幫的影響。由于工作面煤質松軟，且工作面傾角、采高較大，煤壁極易片幫，片幫后上覆復合頂板隨之冒落，頂板冒落又進一步造成煤壁片幫，易形成惡性循環，最終導致支架超高，接頂困難，初撐力不足，使支架處于空頂狀態，這是工作面倒架的主要原因。

（4）工作面運輸機的影響。工作面在初期回采期間，由于工藝不熟悉，加之運輸機、采煤機重量大，運輸機下滑嚴重，帶動支架下滑，進而造成支架歪架、走斜，加劇了倒架情況。

2.液壓支架防止倒架措施

（1）降低采高。在工作面支架高度超出5.8m區域及倒架嚴重區域，采用混合臺階法采煤工藝，即超前在工作面煤壁中人工刷擴出2m高度進行支護，其余部分由采煤機回采，這樣逐步降低采高，緩解煤壁靜止狀態下大面積片幫的情況。在降低采高的過程，要保證工作面的推進度，嚴禁靜態調整。根據工作面實際情況，機電設備技術參數，支架高度控制在5～5.5m、采高控制在5.5～6.0m之間時既提高資源回收率，又能很好地控制煤壁片冒情況，初次放頂期間控制在3.6m以內，嚴禁支架超高使用。

（2）加固煤壁。①工作面上下順槽超前深孔預注水，配合回采時工作面煤壁淺孔動壓注水、煤壁打設玻璃鋼錨桿加固煤壁。②臺階法采煤工藝。采煤機的兩個滾筒先割煤層的上部，然后伸縮梁伸出及時支護頂板，護幫板支撐在煤壁上，防止煤壁片幫；采煤機割完煤層上部后，兩個滾筒同時割煤層下部；割完下部煤層后，支架進行移架。③支架防片幫。采用及時支護方式，煤機前滾筒割煤后立即打出伸縮梁護住頂板，后滾筒割煤后用護幫板護住煤幫，防止片幫。在移架后，支架的二級護幫及時打上，緊貼煤壁防止煤壁片幫；增大支架初撐力，減小頂板作用于煤壁上的超前壓力。

（3）頂板支護。①如果出現冒高大于0.5m、沿傾斜方向大于3.0m、沿推進方向大于1.0m的漏頂時，及時茬頂或人工刷擴架單體柱傾向抬棚支護，片幫、漏頂嚴重時注馬麗散加固頂板。②減少架前漏矸，拉架時伸本架側護板，收上架側護板。若架間間隙大，頂板破碎，架前漏空時，應打設平臺，用半圓木、荊芭背嚴實。③提高支架初撐力，保證支架接頂嚴密，同時帶壓移架。發現支架沒有初撐力時及時進行補液保證支架接頂，使支架與頂板之間產生足夠大的摩擦力保證支架穩定，進而保證頂板完整。

（4）防倒架。①明確架型控制，移架后支架與運輸機傾角差控制在5°～10°之間，傾角差不得小于5°，不得超過10°，使支架處于輕微反倒狀態，支架頂梁的仰俯角控制在+7°，工作面移架過后及時打上防倒油缸，使防倒油缸處于張緊狀態，嚴禁空頂拉架。②正常回采過程中，在工作面布置一道鏈條，此鏈條上端固定在機尾架上，下端固定于機頭架上，工作面每隔5架使用鏈條將本架與主鏈條進行連鎖；發現支架有下滑及歪倒的跡象時，可以在拉架過程中使用上順槽安裝的JH-20絞車拉住支架平衡油缸進行防滑、防倒，之后通過每隔5架使用鏈條將本架與下部支架防倒油缸連鎖固定；下部支架移架期間，可配合使用單體支柱打在支架頂梁上進行防滑及防倒，第一架處可以打戧柱防止支架下滑、傾倒；拉架后，在每架支架底座之間夾上木板，防止支架底座咬死。③下端頭采用4m、6m長的單體柱π型鋼梁組合邁步抬棚支護，其中，跨機頭使用6m長抬棚，為端頭支架提供穩定的支護條件。④移架之前應先將上柱腳的浮煤清理干凈，使用支架抬柱腳油缸將支架柱腳抬起，同時使用木料墊在支架下柱腳防止支架倒架。⑤調整工作面偽斜，使機頭超前機尾9～15m，防止支架、運輸機下滑。

3.結語

綜采工作面控制歪架、倒架理想措施是確保支架支撐狀態良好，初撐力、工作阻力滿足要求。但由于客觀、主觀等方面的原因，生產過程中往往達不到理想要求，應根據不同的歪架、倒架原因，制定不同的預防處理措施。上述倒架預防及處理技術簡單實用，可操作性強，能針對大傾角大采高綜采工作面的特殊條件，極大提高液壓支架的穩定性，因而能夠保證工作面的出煤效率和現場作業人員的生命安全。

【參考文獻】

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