大傾角工作面支架穩(wěn)定性分析及控制措施的研究

李華

摘要：文中以1205大傾角工作面為工程背景，分析了影響回采面液壓支架穩(wěn)定性的影響因素，并提出了一些有針對性的支架穩(wěn)定控制措施，以便為大傾角工作面液壓支架的穩(wěn)定控制提供一些有益借鑒。

關(guān)鍵詞：大傾角煤層;液壓支架;穩(wěn)定控制;影響因素

我國煤炭資源豐富，煤層賦存條件也比較復(fù)雜，其中在西部地區(qū)有超過60%的礦井開采有大傾角煤層。同時(shí)隨著煤炭開采強(qiáng)度以及開采時(shí)間的增加，淺部地質(zhì)條件較好的煤炭資源日益萎縮，大傾角煤層的開采量逐漸增加[1-3]。綜合機(jī)械化開采是實(shí)現(xiàn)大傾角煤層經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)的重要前提，特別是對于工作面液壓支架的控制，成為制約大傾角煤層開采急需解決的問題[4-5]。大傾角煤層開采之后，液壓支架在自身重量作用下，支架出現(xiàn)下滑或者傾覆的可能性較大，回采工作面經(jīng)常會出現(xiàn)支架下滑、咬架或者傾倒等問題。

1 概述

某礦1205主采2號煤層，煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，煤層裂隙較為發(fā)育，透氣性好，厚度在2.2～3.2m，平均厚度在2.8m，煤層埋藏傾角在26～42°，平均在34°。在煤層距離上部頂板0.5m左右賦存有厚度在30mm的泥巖，較為穩(wěn)頂。2號煤層偽頂為粉砂巖，直接頂為厚度在1.8m泥質(zhì)砂巖，基本頂為厚度在6.5m的中砂巖，呈現(xiàn)出灰白色。直接底為厚度在7m的粉砂巖，中間夾著有細(xì)砂巖，呈現(xiàn)黑灰色。現(xiàn)井下正在回采1206工作面位于一向斜左翼，回采面運(yùn)輸巷沿著向斜軸掘進(jìn)，回采工作面的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，發(fā)育有多條斷層。

2 液壓支架穩(wěn)定性分析

2號煤層屬于大傾角煤層，液壓支架出現(xiàn)失穩(wěn)的方式主要有傾倒、下滑以及扭斜等，影響支架穩(wěn)定性的因素歸結(jié)起主要是兩個(gè)方面：一是回采面地質(zhì)條件，二是液壓支架自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。開采煤層傾角、地質(zhì)構(gòu)造、媒體自身強(qiáng)度都會影響到液壓支架的穩(wěn)定;液壓支架自身的初撐力、支架重心位置、支架形狀以及自身配備的防滑裝置都會影響到支架的穩(wěn)定。

2.1 煤層賦存傾角

礦井開采的2號煤層傾角在26～42°，當(dāng)回采工作面采用的液壓支架沿著煤層傾斜方向上產(chǎn)生的水平分向力超過支架底座與底板之間的摩擦力時(shí)，支架就可能出現(xiàn)下滑，當(dāng)支架自身的重心點(diǎn)超過支架底座時(shí)，就可能會出現(xiàn)傾倒情況。在回采工作面實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于受到支架立柱作用，液壓支架與煤層頂板之間的摩擦阻力往往較大，支架頂部不會輕易的出現(xiàn)異動。但是，當(dāng)支柱的支撐力較小或者無支撐力時(shí)，液壓支架就會出現(xiàn)下滑?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程中，回采面液壓支架的排列往往較為緊密，并且液壓支架受到頂梁以及側(cè)向護(hù)板的作用，但是支架的底座間的間隙往往較大，底座容易出現(xiàn)下滑，從而引起液壓支架向上出現(xiàn)傾倒。

2.2 煤層頂?shù)装寮爸Ъ苁芰η闆r

液壓支架與煤層頂?shù)装褰佑|密切，當(dāng)煤層頂板裂隙較為發(fā)育時(shí)，頂板在采用作用下容易出現(xiàn)下沉，伴隨著向下移動，則會引起液壓支架出現(xiàn)一定的后傾，導(dǎo)致支架出現(xiàn)傾倒。當(dāng)頂板出現(xiàn)冒落時(shí)，液壓支架與頂板間的接觸消失，形成空頂，支架失去頂板力的作用，在自身的重力作用下會引起支架失穩(wěn)。當(dāng)頂板、底板的平整性較差時(shí)，會影響到支架與頂、底板間的接觸密切程度。當(dāng)頂板不平整時(shí)，支架頂梁受力不均衡，頂梁容易出現(xiàn)臺階，嚴(yán)重時(shí)造成支架出現(xiàn)傾斜或者兩個(gè)不同支架出現(xiàn)咬架;當(dāng)煤層底板不平時(shí)，支架底座受力不均衡，進(jìn)而引起立柱受力，造成支架出現(xiàn)傾倒。同時(shí)頂、底板受到水作用，支架與頂、底板間的摩擦力降低，影響支架的穩(wěn)定性。

2.3 支架位置

一般情況下，處于回采面中部的液壓支架排列往往較為緊密，支架受到臨近的支架作用力較強(qiáng)，在回采面兩端的支架往往一側(cè)沒有約束力作用，因此，回采面兩端的支架穩(wěn)定性要較中間位置差?；夭擅嫔隙祟^支架容易出現(xiàn)向上傾倒，下端支架容易出現(xiàn)向下傾倒。沿著煤層傾斜方向上，回采面的回采高度出現(xiàn)變化時(shí)，煤層頂?shù)装彘g不平行，上邊過度段的傾角增加，下端過渡段的傾角值降低，影響原有的支架受力狀態(tài)，支架的穩(wěn)定性受到影響。

2.4 開采高度及支架結(jié)構(gòu)類型

當(dāng)煤層開采厚度較大時(shí)，對應(yīng)的支架高度也較高，支架的重心位置也對應(yīng)的偏高，支架的重量較大，液壓支架的底座變化大，支架穩(wěn)定性降低。

3 支架穩(wěn)定控制措施

3.1 液壓支架設(shè)計(jì)

在回采面液壓支架安裝初期就采用從工作面下端位置開始安裝依次往上進(jìn)行。對于1205回采工作面來說，控制支架穩(wěn)定的重點(diǎn)在于回采工作面的中上位置，因此，對于該位置的液壓支架，除了應(yīng)安設(shè)必備的防傾斜裝置以外，在支架底座上還應(yīng)安設(shè)水平調(diào)底防滑移裝置，在支架的頂梁上安設(shè)防倒裝置。同時(shí)在液壓支架底座與刮板輸送機(jī)之間安設(shè)防滑千斤頂，不僅可以增強(qiáng)刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以提升支架穩(wěn)定性。合理的提升液壓支架的初撐力以及工作阻力，選擇較大直徑的立柱，及時(shí)的對液壓支架進(jìn)行維護(hù)，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)進(jìn)行修理，確保支架穩(wěn)定。

3.2 采煤工藝

合理的確定回采面采煤工藝，對于大傾角煤層，可以采用偽斜開采方式布置回采工作面。采用這種回采面布置方式不僅可以增加液壓支架及其他回采面設(shè)備穩(wěn)定性，還可以提升采煤機(jī)、刮板機(jī)等設(shè)備的穩(wěn)定性。采用偽斜布置方式，煤層的實(shí)際傾角變小，同時(shí)可以給刮板輸送機(jī)產(chǎn)生一定的作用力，防止刮板輸送機(jī)出現(xiàn)下滑。在回采工作面液壓支架移架過程中，對于支架的測向護(hù)板以及平衡千斤頂應(yīng)不斷的調(diào)整位置，以便支架頂梁以及底座與頂板、底板接觸良好，增加支架穩(wěn)定。當(dāng)支架出現(xiàn)傾斜趨勢時(shí)，應(yīng)引起足夠的重視，在支架移架過程及時(shí)對支架的側(cè)護(hù)板及千斤頂位置進(jìn)行調(diào)整，使得支架趨于穩(wěn)定。

3.3 控制開采高度及支架移動

按照開采設(shè)計(jì)，嚴(yán)格的控制回采面采煤高度，不僅可以保證回采面綜采設(shè)備的穩(wěn)定，而且還可以增加回采的推進(jìn)速度，降低回采面空頂距離，減輕液壓支架工作載荷。保證液壓支架乳化液泵站有足夠的壓力，這樣不僅有利于提升支架的工作阻力以及支架初撐力，而且利于提升支架的整體穩(wěn)定。在移動液壓支架時(shí)，應(yīng)做到帶壓移架，同時(shí)還應(yīng)做到少降快拉。

為了保證液壓支架頂梁及底座與煤層頂板及底板間的摩擦力，應(yīng)提高采煤機(jī)的割煤質(zhì)量，做到頂板、底板平整。在移動液壓支架之前，還應(yīng)對底板進(jìn)行清理，保證支架底座與底板之間可以緊密進(jìn)行接觸。控制好回采工作面遺漏的浮煤量、滲水以及其他液體的泄漏，保證支架與頂?shù)装逯g接觸面干燥，增加摩擦系數(shù)。

4 總結(jié)

大傾角工作面液壓支架的穩(wěn)定性受到多種因素的綜合影響，受力較為復(fù)雜，導(dǎo)致回采面液壓支架出現(xiàn)因載荷變化而失穩(wěn)的情況。液壓支架失穩(wěn)的主要變形特征有下滑、傾倒、扭斜等，文中從煤層賦存傾角、煤層頂?shù)装寮爸Ъ苁芰η闆r、支架位置、開采高度及支架結(jié)構(gòu)類型等方面分析了支架穩(wěn)定的影響因素，并結(jié)合實(shí)際情況提出了支架穩(wěn)定的控制措施。在回采面具體的推進(jìn)過程中，應(yīng)綜合考慮影響支架穩(wěn)定的因素，并因地制宜的采用支架穩(wěn)定控制措施，以便更好的促進(jìn)礦井生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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