重型液壓支架歪架倒架機理研究

王穩世　李大軍

摘要：俄霍布拉克煤礦5305綜放工作面回采期間遇到一條正斷層，傾角70°，落差8.2m，給回采帶來了較大的難度。由于斷層帶煤質受斷層牽拉影響，煤質極度酥軟，揭露斷層帶頂板極易冒落，造成工作面支架歪架倒架。通過現場各種措施對頂板、煤壁進行控制，對支架進行扶正，為今后過斷層煤炭開采提供了寶貴的經驗。

關鍵詞：重型液壓支架；歪架倒架機理；煤炭開采；綜放工作面；過斷層 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD355 文章編號：1009-2374（2015）29-0165-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.0821 工作面概況

工作面地貌屬天山褶皺帶的南麓，塔里木地塊北緣，山前拗陷地帶的單斜構造，為低山丘陵地貌、基巖半裸露，地表被第四系黃土和砂礫層覆蓋，地形起伏不平，沖溝發育。該面位于主斜井以西，北部為5303面采空區，西部為未采區并距井田技術邊界828m，東部為5105工作面采空區，南部未空區。

該面平均走向長度2100m，傾向長度193m，所采煤層為下5煤，黑色，塊狀構造，光亮型，垂直裂隙發育，煤層厚度8.7m，煤層平均傾角為11°，煤層厚度變化較大，煤層垂直裂隙發育，易冒落片幫。本面選用ZF12000/25/38型支掩式液壓支架和SL300型無鏈電牽引采煤機，機采高度為3.2m，平均煤厚8.7m。則平均放煤高度為5.5m，平均采放比為1∶1.72。

5305工作面從切眼推進265m左右時，工作面揭露一條正斷層，材料道揭露落差為1.2m，沿著工作面向下落差增大為8.2m，由于斷層帶煤質酥軟，頂板極易冒落，在斷層揭露后工作面從98架至112架頂板大面積冒落，造成支架空頂嚴重，隨著向前推進，斷層處巖石硬度增加，采用放震動炮的方式進行破巖，由于放炮震動再次造成頂板冒落，導致支架再次空頂，給拉移支架造成極大困難。支架從80架至100架歪架倒架嚴重，其中85架至98架尤其嚴重，支架最大傾角達到42°，工作面一度被迫停產，處理歪架倒架。

2 工作面支護狀況

工作面共布置綜放支架112架，其中中間架（ZF12000/25/38）105架、運輸機尾過渡支架（ZFG12000/25/38）4架、運輸機頭過渡支架（ZFG12000/25/38）3架、端頭支架（ZT20000/25/38）機頭布置1組。

3 工作面支架受力分析

如圖1（a）所示，在大傾角綜放工作面上，支架在正常工作時，支架在頂板壓力的合力N，支架自重G，初撐力N1，上下鄰架間可能的擠壓力P1和P2，底板反作用力N2作用下處于平衡狀態。

當支架所受合力作用點偏出支架底座下邊緣時，就會導致支架歪倒。在力矩極限平衡時，地板反作用力N2作用于O處，如圖1（b）所示。此時有：

Gb=（P1-P2）H+（Hsinα-B2cosα）Nb=（B/2）cosα-Hgsinα

式中：H為支架高度；B為支架底座箱寬度；Hg為支架重心高度；b為支架自重作用方向與支架底座箱下邊緣的水平距離。由上式可以看出b與Hg成反比，支架底座箱越寬，支架重心越低，支架使用高度越低，支架越穩定，適應的傾角與抗壓強度將越大。從圖1中可以看出，支架自穩力臂長b隨支架重心高度增大而減小，隨支架底座箱寬度增大而增大，所以支架底座箱寬度越寬，支架支撐高度越低，支架重心越低，支架的自穩力矩越大，則支架的適應傾角與抗壓強度就越大。

4 工作面過斷層歪架倒架的原因

4.1 支架蹬空，接頂不實

受斷層影響工作面煤質松軟，煤機滾筒截深800mm，但煤機割煤后加上片幫足有1200mm，支架前方空頂面積較大，容易造成漏頂、空頂使支架蹬空，初撐力達不到要求，不能有效支撐頂板，因此支架受力的穩定平衡狀態被破壞，極易發生歪架倒架現象。

4.2 工作面上部傾角增大

由于斷層工作面上部上爬量較大，局部達到25°左右。工作面傾角增大對歪架倒架的影響主要表現在兩個方面：一是存在下滑分力，在支架重力分量（F=Gsinα）作用下，隨著角度的增大，支架下滑和傾倒的可能性急劇增加，支架極易失穩；二是支架重心偏離底座箱中心較多，使支架穩定性降低，支架在降架前移時會因為失去支撐點而造成歪架或倒架。

4.3 支架支撐高度的影響

根據支架力學結構分析，隨著支架支撐高度的增大，支架重心隨之增高，在工作面傾斜角度不變的情況下，由下滑分力引起的翻轉力矩隨之增大，支架歪架倒架的可能性也隨之增大。而支架采高越低支架本身防倒的穩定性也越高，該面發生倒架時由于片幫、漏頂采高超過3.8m，基本超出了支架的支撐范圍，由于支架超高后支架本

身的穩定性得不到保證是造成倒架的主要原因之一。

4.4 支架側護板沒有壓力鎖

該面支架自重達到41噸，由于支撐高度增加，工作面傾角增大，使得下滑分力增大。由于支架側護板沒有安裝壓力鎖，下滑分力超出了千斤頂自身承受的極限壓力，使得千斤頂自行收縮，支架隨之向下歪斜，造成工作面擠死支架，給拉移支架帶來極大困難。

4.5 防倒裝置不完備

現場經驗認為只有下出口過渡支架有防倒裝置就可以，其余支架和運輸機相連就不需要防倒裝置，實際在放煤時，煤流及大炭塊都會對支架有一個向下的分力，尤其是支架越高尾梁越低，大炭塊越容易碰撞尾梁，使支架產生向下的擺動，從而帶動支架發生掉斜，這樣就會使支架間的間隙發生變化，支架偏移，在拉移支架時前部運輸機通過千斤頂的拉力不垂直與支架，而產生側向的分力，從而誘發歪架倒架。

5 針對5305工作面歪架倒架的處理措施

5.1 煤壁注馬麗散進行固化

由于煤質酥軟，煤壁極易片幫，采取注馬麗散的方式對煤壁進行固化處理，注射孔采用M型深淺孔交叉布置，深孔5m，淺孔3m，根據馬麗散擴散半徑布置眼距，效果比較明顯，煤壁得到有效控制，使用后煤壁不再發生大面積片幫現象。endprint

5.2 人工擴棚支護頂板，降低采高

由于受斷層影響煤質酥軟、頂板破碎，工作面極易造成漏頂、掉頂事故，采取人工擴棚支護頂板的方式及時支護頂板。在歪架倒架范圍內分上下兩組進行人工擴棚，采用3m長礦用“工”字鋼，配合DZ-3.5m單體支柱，一架兩梁，一梁兩柱，梁子一頭搭在支架前梁上，一頭用單體支撐，鋼梁上方鋪設菱形金屬網及半圓木，逐架進行，高度控制在3.1m左右。采取擴棚措施后頂板得到有效控制，不再發生漏頂、掉頂事故，支架能夠有效支撐頂板，同時使支架自身也有了生根點，當人工擴棚兩次以后，工作面支架不再歪架倒架。

5.3 增加防倒千斤頂

以運輸機尾站正的支架作為防倒千斤頂生根點，將歪架倒架范圍內的支架增加兩個千斤頂，一個加在支架頂梁工藝孔上，一個加到支架尾梁上，這樣在扶正支架期間效果較好。

5.4 增加側護板壓力鎖

在80架至100架安裝側護板壓力鎖，這樣在支架扶起來以后不會因為側護板千斤頂受力收縮而在此造成支架歪架。

5.5 采用單體支柱進行輔助扶正支架

由于工作面支架倒架嚴重，個別支架傾斜達到42°，給支架扶正帶來極大難度和安全風險，在這種情況下，靠支架自身已經無法保證正常拉移，需要靠輔助手段進行拉移，該面采用多根DZ-4.5m單體配合防倒千斤頂進行拉移、扶正支架。拉移支架從上向下，輔助單體一頭打在下一架底座箱上，一頭打在待拉支架前梁、頂梁工藝孔上，再配合防倒千斤頂邊拉邊調，使其進入到人工擴棚的下方，這樣當支架整個前梁全部進入棚梁下方后，支架基本就調正了。由于調架期間相鄰下方的支架與待調支架間隙增大，為了確保施工安全，在架間采用工字鋼和半圓木進行支護，防止架間漏炭、漏矸。

6 預防歪架倒架的措施

經過對5305工作面過斷層期間歪架倒架的原因分析及其扶正的整個過程的探索與研究，為我們今后過斷層提供了寶貴的經驗，以后杜絕該類事故有了明確的方向，要防止歪架倒架需做好以下四點：（1）嚴格控制工作面采高，嚴禁支架超高使用，已經發現有空頂、漏頂現象的必須及時進行接頂；（2）工作面局部上爬期間選擇好上爬角度，不能造成工作面局部角度過大；（3）加強工作面運輸機上竄下滑的管理，防止運輸機上竄下滑帶動支架歪架；（4）堅持按照正規循環作業，加強工作面工程質量管理，做到“三直兩平兩暢通”，發現局部超前或滯后要及時進行調整。

7 結語

造成液壓支架歪架倒架的因素是多方面的，實際工作中應加強對支架歪架倒架的因素分析和控制，根據不同的因素采取不同的措施，杜絕今后該類事件發生，使綜放工作面發揮出高產高效的優勢。

參考文獻

[1] 侯新付，李軍.大傾角綜采放頂煤工作面設備防滑、防倒技術[J].煤炭科技，2008，（3）.

作者簡介：王穩世（1979-），男，甘肅通渭人，徐州礦務集團新疆天山礦業有限責任公司綜采一區區長。

（責任編輯：王 波）endprint