大采高液壓支架自動控制技術研究

徐小紅

摘要：在煤礦施工過程中，大采高工作面生產中存在著支架穩定性差，頂板壓力大的情況，本文則主要分析了大采高工作面在實際中液壓支架自控控制以及穩定性分析。

關鍵詞：大采高；液壓支架；自動化

引言

液壓支架作為綜采工作面的重要設備之一，是安全生產的基本保障設備，能夠有效控制圍巖變形，減少冒頂事故的發生，其結構由底座、連桿機構、立柱油缸、掩護尾梁、平衡油缸、推移油缸、頂梁及側護板、千斤頂、前梁、護幫板等部件組成，對支架進行自動化可以大大降低采煤的成本。

1、大采高液壓支架自動控制技術需求

1.1、工作面頂板與煤壁管理需求

采高大于4.5m的工作面，其基本頂來壓強烈，基本頂周期斷裂高度隨采高加大而變化。工作面上覆巖層斷裂后空間高度隨采高加大而增高，尤其是采高達6.5m時，在整個回采過程中自由空間大于3m，這對支架受載和工作面圍巖穩定性是十分不利的。頂板下沉與工作面的支護強度密切相關，液壓支架的支護強度越大，頂板的下沉位移量越小，距離底板越近其位移量越小；當支架支護強度小于1.6MPa時，支護強度的增大對頂板下沉作用較為明顯，而當支架的支護強度大于1.6MPa時，支護強度增大對控制頂板下沉作用逐漸減小，并逐漸趨于穩定。所以，只有保證支護強度，提高支架初撐力才能有效控制頂板下沉位移量大采高工作面提高了液壓支架的工作阻力，液壓支架的初撐力也有大幅提高，如果液壓支架對頂板支撐阻力不足，將會導致工作面頂板過量下沉，甚至會發生壓架事故。如果支架梁端距較大，在采煤機割煤后，支架前方大面積的頂板得不到支撐。對于破碎頂板，應及時支護，否則會使發生冒頂事故的風險增大，MT 550—1996《大采高液壓支架技術條件》規定，支架梁端距應不大于480mm。在煤層開采過程中，會在煤壁的前方形成支承壓力，在支承壓力的作用下，煤體發生變形、破壞。在割煤過程中，煤壁由三向受力狀態轉變成兩向受力狀態，降低了煤壁處煤體的穩定性，同時在頂板的集中應力作用下將煤壁邊緣部分的煤體壓縮，使其失去對頂板支撐的能力，使得上方頂板的壓力轉變成由煤壁深部的煤體來支撐，支承壓力峰值便向煤體深部發生移動。煤體強度越差，支承壓力峰值距煤壁越遠。如果液壓支架對工作面頂板的支撐力不足，也會使頂板的支承壓力峰值靠近煤壁。為了防止片幫事故的發生，MT550—1996《大采高液壓支架技術條件》規定，支架必須有護幫裝置，護幫高度應不小于800mm。

1.2、支架防傾倒控制

大采高液壓支架的質量加大了，重心提高了，液壓支架的穩定性能變差了，為此，應采取加大液壓支架中心距、增加寬度等措施來提高液壓支架的穩定性能。MT 550—1996《大采高液壓支架技術條件》規定，在空載條件下，支架最大高度時，頂梁水平狀態相對于底座中心最大偏移量應小于80mm，支架必須設置防倒調底裝置，或者預留連接耳座，頂梁側護板側推力應大于支架重力。有效地控制液壓支架的重心高度和位置是大采高液壓支架防傾倒的有效措施。

2、大采高液壓支架防滑措施

2.1、底座前及支架前梁上加焊單體柱柱窩

S8310大采高綜采面煤層傾角平均為6°，在工作面局部地段（分別在距離切巷約560m、770m和900m處）煤層傾角變化較大，存在傾角約為18°的大坡度段，因此所用支架要增設防倒設施以適應大坡度段工作面的正常回采。具體措施為：通過在支架的底座前及支架前梁上加焊單體柱柱窩，在生產過程中利用單體柱進行調架和擺架。當工作面回采中需要調整支架時，可通過在相鄰支架底座柱窩內打單體柱支設底端，在本架前梁柱窩內支設頂端進行擺架。

2.2、調整支架角度狀態

大坡度段工作面回采時，支架需要與工作面頂、底板垂直，此時極易出現倒架事故。因此需要從機尾開始逐架對支架進行角度狀態調整，伸出支架側護板千斤頂的1/3～2/3，以防止移架過程中出現擠架現象，確保支架間隙均勻，相鄰支架間不會出現錯差。通過對支架進行調整角度后，支架所處的坡度雖然能夠相對變緩，但仍會出現臺階現象，使支架接頂不平，但是由于頂板比較破碎，接頂不平所帶來的問題不明顯。

2.3、留底煤調整工作面坡度

當工作面過大坡度段時，應適當保留底煤以調整工作面的坡度，降低因坡度較大對工作面采煤機的正常運轉所造成的影響，也有利于支架穩定性控制。1）采煤機防滑措施。對于傾斜工作面，為了防止采煤機的下滑，常通過在機組牽引馬達上安設液壓閥來對采煤機停機時進行制動控制；而且要求采煤機在將要停機時，確保煤機的前后滾筒落下并切入到煤壁內，以阻止采煤機的下滑；同時當工作面過褶曲構造的軸部坡度較大區段時，應適當保留底煤以調整工作面的坡度，降低因坡度較大而對工作面采煤機的正常運轉所造成的影響。2）輸送機防滑措施。輸送機主要通過調整推移順序的方式來防止輸送機的下滑，每次推移輸送機時，應先清理輸送機機頭機尾處的浮煤，防止推移輸送機時，機頭機尾飄起而導致的輸送機下滑；輸送機的推移應從工作面下部向上部依次順序推移，并通過將工作面調成偽斜的方式，來防止因支架下滑而帶動的輸送機下滑。

3、結語

大采高支架的優勢在于提高煤質、提高回收率，提高工作效率，大采高液壓支架對煤礦工作面煤層、頂底板、運輸及巷道適應性滿足要求，且相似地質條件煤礦有過成功應用案例，可以不斷推進煤礦企業的發展。