四井田煤礦大傾角煤層液壓支架穩定性控制技術研究

王廣林/烏魯木齊環鵬有限公司礦業分公司

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四井田煤礦大傾角煤層液壓支架穩定性控制技術研究

王廣林/烏魯木齊環鵬有限公司礦業分公司

【摘 要】針對環鵬公司四井田煤礦煤層傾角極大賦存特點，提出控制液壓支架穩定性急傾斜綜采面安全高效開采的關鍵問題。通過分析偽斜工作面幾何特征，確定工作面偽斜布置時的偽傾角及超前量，并在掘進時將運輸順槽抬高，回采時工作面下部分做個圓弧，有效防止液壓支架下滑、倒架。保證了大傾角煤層綜采面的安全高效開采，對類似煤層具有巨大的推廣價值。

【關鍵詞】大傾角煤層；綜采工作面；偽斜布置；液壓支架穩定性；二次改造

液壓支架穩定性及整體設備可靠性是大傾角煤層綜采工作面開采面臨的關鍵問題，由于傾角的影響，液壓支架的重力在法向及切向分量隨工作面傾角增大而變化，致使切向分量增大而法向分量減小。為此，工作面液壓支架支護系統所受的承載力變小，而引起液壓支架支護系統整體失穩的側方外力增大，液壓支架重心落到底座之外，導致工作面設備下滑、倒架及支架之間擠、咬現象加劇惡化。因此，急傾斜煤層綜采工作面液壓支架穩定性控制的重點不僅是提高液壓支架整體支護系統的工作阻力，加強急傾斜煤層采煤工藝優化和支護系統的穩定性也是工作的重中之重。

1.四井田煤礦急傾斜煤層生產概況

烏魯木齊環鵬有限公司礦業分公司四井田煤礦大傾角煤層儲量比重較大,煤層傾角大部分在28°～35°之間，水文地質構造復雜，地層產狀變化較大，煤層頂底板富水性強。該礦03工作面大傾角綜放條件下，由于煤層傾角達35°、支架重心大大偏離支架底座，開采設備穩定性差，尤其是支架穩定性差，加之煤層松軟，煤壁易片幫，易發生支架圍巖事故，進而影響采煤機和刮板輸送機的穩定性，甚至使整個生產系統陷于“癱瘓”。

控制急傾斜綜采工作面的主要技術措施有以下三種：一是在生產過程優化采煤工藝，合理布置機風巷位置，使工作面呈偽斜布置，使工作面傾角降低；二是對液壓支架進行改造，增加支架防倒防滑的功能，確保支架的穩定性；三是在回采工作面下部做圓弧，使過渡架及下部支架的角度大大減小。

2.偽斜布置工作面控制液壓支架穩定性

工作面煤層傾角是影響液壓支架穩定性的主要因素，如果將綜采工作面偽斜布置，就會適當的減小工作面的傾角，此方法是控制工作面液壓支架穩定性的有效措施。仰偽斜綜采工作面布置方式如圖1所示，采用仰偽斜布置，即運輸巷道超前回風巷道一定距離S，工作面的傾角由α變為α偽，根據相關幾何關系，α偽＜α。

圖1　偽斜工作面布置情況

由偽斜工作面布置情況圖所示，綜采工作面采用偽斜布置有以下特點：①采用偽斜布置后工作面傾角α偽比煤層傾角α小，工作面液壓支架及其它主要設備穩定性均有所提高，控制較為容易；②液壓支架采用自下而上方式順序移架，有利于工作面下方液壓支架（已移到位，并調整好）作為工作面上方液壓支架移動的導向與穩固支點。該技術的核心工作在于工作面偽傾角及超前量的確定。

根據相關立體幾何關系，得出偽斜工作面偽傾角及超前量的表達公式為：

其中式中：

α偽—偽斜工作面傾角,( °)；

α—煤層傾角,( °)；

L—不進行偽斜布置時工作面長度,(m)；

L偽—偽斜工作面長度,(m)；

β偽—偽斜工作面沿推溜方向的上仰角,( °)；

S—機巷超前風巷的距離,(m)。

以上分析可知，當L一定時，上仰角β偽隨S、α的增大而增大，L越長這種影響越不明顯。對于急傾斜煤層，煤層的傾角遠遠大于煤塊的安息角(一般20°左右)，綜采工作面采落的煤塊會自然向工作面下部滾落，極易越過刮板輸送機的擋煤板滾落至液壓支架的人行通道，造成傷人損壞設備事故，當上仰角β偽過大時，更易使滾落的煤塊越過輸送機擋煤板竄入液壓支架下面的人行通道，使此類事故加劇惡化。為此，確定上仰角β偽時不應過大，一般選取

7°左右。則把工作面相關數據帶入上述公式得超前量S為9.95m。通過實際生產中檢驗，在50左七片煤層條件下，綜采工作面偽傾角應控制在6°～8°，下端頭超前上端頭9.95m，可以滿足該急傾斜綜采工作面控制支架和溜子不上下竄的要求。

3.液壓支架二次防倒防滑改造

綜采工作面在急傾斜狀態下，液壓支架在移架等生產作業過程中，在自身重力分量及頂板巖層壓力作用下會出現整體下竄或局部一架或幾架液壓支架下滑的現象，造成液壓支架擠架、倒架、咬架和支架整體下滑等事故，嚴重影響工作面的正常生產與安全；推溜過程中，刮板輸送機下滑或隨支架下竄，從而影響生產進度或無法進行正常的安全生產作業。為防止支架下竄，四井田煤礦針對該礦所使用的液壓支架特點讓鄭煤機設計并制作了防倒防滑裝置如下：

3.1前三架的防倒防滑（1）前梁防倒裝置

在液壓支架前梁部位設計了防倒裝置，三架支架為一組，連成一體。用ф 22×86-C大鏈和千斤頂連接。千斤頂采用護幫千斤頂，技術指標：缸徑/桿徑 ф 80/ф 60mm；推力/拉力 158/69KN；行程 380mm。

（2）底腳防滑裝置

在液壓支架推移調底裝置上焊接了連接銷，并用液壓千斤頂和轉向節連接，設置了防滑裝置，三架支架相互連接成為一組。采用護幫千斤頂技術指標：缸徑/桿徑 ф 80/ф 60mm；推力/拉力158/69KN；行程 380mm。并在后四連桿，隔一架設一組防滑裝置，采用護幫千斤頂。

（3）后座防滑裝置

在液壓支架后座上設置導鏈筒，用型號為ф 22×86-C大鏈和液壓千斤頂連接把第一架支架和第三架支架連接在一起，液壓千斤頂技術指標：缸徑/桿徑ф 100/ф 70mm；推力/拉力251/128KN；行程 700mm。防滑裝置布置如下圖2、3所示，采用鄰架操作方式。

圖3　底座防滑裝置連接圖

3.2中間架的防倒防滑控制

推移工作面中間支架時，以下架液壓支架的側護板為上架支架的導向，調整下架底座，調液壓千斤頂頂住本架底座，并輔以本架推移桿，前移液壓支架，當推移到位后，升架接頂。依次類推前移上一架液壓支架直至機尾。操作時均采用鄰架操作方式，在上架支架下方操作下架。

4.回采工作面下部做圓弧，使過渡架基本水平

大傾角工作面支架傾斜、下滑、倒架的主要原因是工作面支架支撐力不夠，再加上四井田煤礦屬于三軟煤層，即使支架初撐力達到設計要求，但支護時間較長時，由于煤層、頂底板屬于三軟煤層，遇水、風化以后變的酥軟，造成支架支撐力不夠，支架失去穩定性，因此支架在自重的作用往下滑，容易造成倒架。為了防止支架下滑，失去穩定性，四井田煤礦制定了防滑措施之一就是在工作面下部做圓弧，圓弧長度保持在10-15m，這樣以來工作面下部支架基本上處于水平面，可以有效的防止上部支架下滑，有效防止工作面支架倒架現象。

圖4　工作面下部做圓弧

5.液壓支架穩定性控制效果評價

在四井田煤礦03大傾角綜采工作面推進過程中，現場統計了支架的液壓信息、支架立柱傾向傾角、支架頂梁俯仰角、支架推運夾角等參數，統計數據表明，液壓支架的上述參數均在合理的控制范圍之內，工作面推進正常，沒有出現大范圍的影響工作面正常生產的液壓支架傾倒下滑事故。

6.結語

大傾角采煤工作面實現綜合機械化開采是一項較為復雜的系統工程，工作面液壓支架尤其是下端的排頭支架是整個工作面防倒防滑的基礎。現場生產實踐表明，采取工作面偽斜布置使工作面傾角降低和對液壓支架進行二次防倒防滑改造，可以有效控制急傾斜工作面液壓支架的穩定性，保證大傾角煤層綜采工作面安全高效開采。

參考文獻：

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[4]霍志朝,章之燕.大傾角綜采工作面設備下滑控制技術實踐[J].煤炭科學技術.32卷第6期.

作者簡介：王廣林（1977－），男，助理工程師，本科，主要從事生產管理工作，現任烏魯木齊環鵬有限公司礦業分公司常務副經理。