南方急傾角煤層開采中液壓支架的應用

張萬川

（四川達竹煤電集團公司斌郎煤礦，四川 達州 635065）

南方急傾角煤層開采中液壓支架的應用

張萬川

（四川達竹煤電集團公司斌郎煤礦，四川 達州 635065）

南方煤礦多為小煤礦，煤層不穩定，尤其是南方80%的礦區都存在急傾斜煤層，因此南方礦區的煤層開采技術，災害預防技術、礦山安全防護等都是重點熱點研究課題。本文將著重對液壓支架的應用展開分析，對其穩定性和具體的控制措施展開論述，闡述其中的應用安全問題，以期為煤礦開采技術提供更多的實踐借鑒。

急傾角；開采技術；液壓支架；穩定性

我國的南方礦區中80%都存在著急傾斜煤層，因此研究南方礦區急傾斜煤層的開采方法和工作面支護系統是非常必要的。本文將著重對液壓支架的應用展開分析，對其穩定性和具體的控制措施展開論述，闡述其中的應用安全問題，以期為煤礦開采技術提供更多的實踐借鑒。

1　液壓支架的穩定性分析

急傾斜煤層圍巖活動的基本特點使得其開采結構系統中的頂板、支架、底板屬于三維非穩態，另外在支架自重以及頂板推力影響下，支架本身也容易發生不規則傾倒或是非均勻下滑，因此液壓支架穩定性控制是急傾斜煤層的關鍵技術問題。

1.1防倒穩定性分析

圖1　穩定性計算圖示

如圖1支架抗傾倒穩定性計算圖所示，以原點取合力矩，綜合底板反力R，頂板壓力P，上下鄰架作用力Fs、Fx，支架本身的重量G，則有：

（Fs－Fx）h+P（hsinα-Bcosα）=G（hgsinα-Bcosα/2）

根據抗傾倒穩定的計算公式，當支架在自由狀態時，則有：

G（hgsinα-Bcosα/2）=0

根據以上穩定性分析，可以得出結論，支架高度h越小，支架重心高度hg越小，支架底座寬度B越大，移架過程上鄰架對支架的壓力越小，同時，在自由狀態下，支架傾倒與支架重量無關。

1.2抗滑穩定性分析

受到頂板壓力P和重力G的影響，支架將朝向坡度方向下滑，此時基于臨界狀態下有：

f（G+P）cosα=Gsinα+（Fs－Fx）

f為摩擦因數。進一步延伸在自由狀態下有

fGcosα＝Gsinα，f≥tanα

而根據手冊數據，f一般為0.35～0.4之間，對應的α為18～20°，另外考慮到開采過程中工作面的降塵灑水使得f的實際數值降低，因此當煤層傾角在12°時就有可能會發生下滑，而若處于支撐狀態下在由：

Fkh=Gsinα+（Fs－Fx）-f（G+P）cosα

因此，支撐力有助于抗滑穩定，因此需要格外注意卸載降架、移架過程中的滑移趨勢。

1.3液壓支架穩定性影響因素

這里的主要因素分為動態和靜態，如圖所示，在靜態條件下，工作面的自然條件、支架本身的結構性能、頂板壓力變化、工作面的工程質量是主要的三個方面，例如工作面的支架狀態(垂直度、俯仰角)、頂底板平整度等質量不過關，將會導致傾倒和滑移。動態則包括了割煤、移架、推溜、放頂煤工藝順序，以及操作的具體工藝影響。

2　液壓支架的設計

川煤集團達竹煤電集團公司斌郎煤礦W4012工作面為急傾斜工作面，傾斜角度平均50°，采用的是液壓支架支護、放炮落煤的方式，支架型號選用廣能嘉華生產的ZQY/2600/7/18，高度0.7～1.8 m，操縱方式為鄰架控制，先移架后推溜，運輸機為SGZ630/220型輸送機。為了控制液壓支架的穩定性，支架的控制變傳統的設計理念，以工作面整體穩定性為設計核心。穩定性控制措施表現在以下幾個方面：

第一，通過工作面和巷道布置改善支架受力狀態。開切眼采用“傾斜—圓弧過渡—水平”的布置方式下，回風平巷沿煤層底板破半巖布置，運輸平巷沿煤層頂板布置，再這樣的布置狀態下急傾斜煤層的下端頭支護受力發生了改變，接觸面由由線接觸變為面接觸，這就使得受力減小，鞋面基本支架帶來的側向力影響降低，也有效的防止了斜面上的滑移，提升了液壓支架的穩定。

第二，考慮到急傾斜工作面上鄰架對支架沿傾斜方向的分力的影響，在常規的條件下，通過箱形結構側護板提升側剛度，使得整體結構上具備了更高的抗彎曲強度。

第三，側護板搭接方式上的轉變，考慮到液壓支架掩護梁會承受一定的矸石荷載，這就導致了發生尾部下滑的可能性，而通過掩護梁側護板壓頂梁側護板來完善搭接方式，能夠有效的實現支架調正。

第四，液壓控制。通過穩定性計算公式的分析可以得到，移架中上鄰架的壓力越小，穩定性約稿，因此支架在前移過程中，推移千斤頂控制回路如果能夠和上鄰架的控制回路連接實現聯動解鎖，能夠有效的降低上鄰架壓力至Fs≈0，這就使得穩定性大大提升。

第五，優化四連桿機構。當支撐高度較大，銷軸聯接之間的配合間隙有可能會導致歪斜、扭轉甚至倒架的發生。數據表明，當之間高度大于4.5 m時，頂梁橫向將達到200～300 mm，此時的立柱偏斜3～5°。因此支架過高將會導致橫向穩定性缺失，因此優化四連桿機構，銷軸與銷孔配合間隙控制在1.7 mm以下，減少梁端的雙紐線變化量，四連桿與其他構件之間的連接控制在10 mm以下，支架頂梁的運動趨勢指向煤壁，以提高支架的橫向穩定性。

第六，回采工藝措施。（1）由下向上的順序跟機移架。移架操作時采取由下向上的順序跟機移架，上架的移設以已移好的下架底調梁為導向，前探梁抵住煤壁邊移邊自動縮回，減少架頂煤漏空，支架移設要一次到位，移到位升起后再進行一次補壓。（2）嚴格控制好割幫移架工序質量。當臥底量控制質量不高時，導致工作面坡度不均衡，容易使得變坡點處支架發生傾倒的危險。因而這里要對割煤供需的質量展開精細化控制，確保后立柱承載，避免煤壁側留臺階使支架頂梁呈俯角狀態。（3）傾角過大，導致了工作設備容易滑落，因此推溜工藝的控制通常采用由下向上，以避免輸送機下滑并連帶支架發生失穩。（4）隨著放煤支架的上移，沖擊力也越來越大，因此工作面的穩定性條件越來越嚴苛，采用由上向下間隔順序工藝，有效控制放煤量。（5）加強礦壓監測預報，來壓前后要嚴格控制放煤量或不放頂煤，防止支架空頂而傾倒，做好觀測記錄。（6）嚴格控制底板破壞滑移。采取打底錨桿控制，防止底板破壞滑移。軟巖夾矸處墊木板梁然后移架也能夠避免下陷失穩。

3　結語

目前，急傾斜煤層的開采仍然沿用了很多傾斜煤層的研究理論和技術成果，因此在技術領域發展仍然處于探索階段。相比較而言，急傾斜層面臨的地質環境更加復雜，開采工藝和技術標準要求更加嚴格，支護的穩定性、可靠性卻一直未能在技術上有所突破，因此仍然需要進一步的深入研究，將我國的煤礦開采技術帶上一個新的臺階。

[1] 孫光中，田坤云，關鵬云.“三軟”煤層機采工作面端頭支護技術[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2013(04).

[2] 巢建軍.急傾斜煤層開采關鍵技術與應用趨勢研究[J].河南科技，2014(02).

[3] 林忠明，陳忠輝，謝俊文，謝和平.大傾角綜放開采液壓支架穩定性分析與控制措施[J].煤炭學報，2004(03).

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