綜采工作面過斷層液壓支架倒架原因分析及控制技術研究

閆志杰

（西山煤電 鎮城底礦，山西 太原 030203）

1 工作面概況

鎮城底礦22212 工作面所采煤層為2 號煤，煤層穩定，工作面煤層厚2.42~3.30 m，煤層厚度平均為2.82 m，結構為1.63（0.47） 0.72。煤層整體呈一復式背斜構造，S1 背斜軸向為146°，S2 向斜軸向為167°，S3 背斜軸向為174°，S4 向斜軸向為97°，煤巖層傾角為1°~15°，平均8°。工作面采用走向長壁后退式一次采全高全部垮落綜合機械化采煤方法。 工作面使用133 臺ZY5600-21/46 型液壓支架支護。

22212 工作面回采至運輸順槽42 號點前5 m，回風順槽31 號點前53 m，工作面揭露的5 條正斷層，具體見表1。

工作面運輸機機頭安全出口為600 mm，1~4號架頂板破碎，機頭端頭壓力大、1 號架支架行程低，13 ~47 號架托頂煤開采，4 ~13 號架向機尾方向倒，51~67 號架500 mm 偽頂破碎支架超高向機尾方向倒，架間漏煤嚴重，支架失去對頂板的有效支撐，給安全生產帶來嚴重威脅。22212 工作面煤層頂底板情況見表2。

2 支架倒架原因分析

（1） 支架超高。由于受斷層的影響，頂板破碎嚴重，多組支架出現超高使用現象，支架初撐力不達標。22212 工作面進入多斷層影響區域時，采高最高達到3.8 m，支架本身穩定性受到影響。同時隨著支架高度的增大，其重心不斷增高移動，重心在水平方向的分力隨之增大，當支架重心在水平方向上偏離底座中心距離到臨界點時，支架便會發生傾倒。

（2） 當現場操作人員操作不當，工作面留肚或者挖底會造成大溜不直，加上經常向一個方向移架，會使輸送機和支架向一個方向擠壓收縮，很容易出現支架小范圍的倒架、擠架現象。

（3） 工作面傾角越大，支架重心偏離底座中心距離越大，支架穩定性越低[1]，當支架重心在水平方向上偏離支架底座中心到臨界點時，支架便產生傾倒的趨勢。

表1 斷層情況及對回采的影響Table 1 Fault condition and its influence on mining

表2 22212 工作面煤層頂底板情況Table 2 Roof and floor of No.22212 Face

3 支架倒架控制技術

（1） 對過斷層期間頂板破碎段、托頂煤段采取鋪網上圓木、打錨索、錨桿加強支護；托頂煤煤層松軟易垮落段進行煤壁注漿[2]。

（2） 倒架及傾斜的支架進行扶架。使用相應長度的單體柱，一端頂在本架立柱柱窩的下側，另一端頂在下端頭側支架的底座間，單體柱用護繩拴在支架立柱上[3]；利用相鄰支架做為支點，向工作面上端頭側迎戧支架，移架的同時，利用液槍遠距離給調架單體柱供液，從而防止支架向工作面下端頭傾倒。

（3） 托頂煤段煤層穩定后，按一定的傾角提溜，采煤機每循環割煤時底刀距底板150 mm，上刀割頂煤150 mm，每刀煤提溜子150 mm。

（4） 工作面機頭比機尾落差高3.8 m，機頭比機尾推進度超前1.2 m，在回采時采取按機頭與機尾4∶1（插刀口為40 號、80 號、130 號架） 推進1 次，按3∶1（插刀口為65 號、130 號） 推進2次，待機頭比機尾超前6 m 時，停止擺機頭，按正規推進。

4 具體實施

4.1 鋪網上圓木

（1） 每3 架一組，在兩端支架上平行支架各架設1 根4.2 m 長的11 號π 型花邊梁（以下簡稱π 梁） 頂死煤壁，π 梁采空區一端與支架用錨鏈固定在支架頂梁的吊環上，煤壁一端距梁端0.25 m處打設單體支柱，單體緊貼煤幫。人員站在相鄰支架下方支護完好的地方從機尾往機頭方向穿入φ200 mm×3 m 的圓木，圓木垂直支架穿在2 架π 梁上，利用2.5 m 長鉆桿推向煤壁，依次排列穿入圓木，直至圓木覆蓋支架頂梁100 mm 以上。

（2） 圓木鋪好后，人員站在相鄰支架（機頭側） 頂梁下方，用5 m 的10 號鐵絲做引繩，將鐵絲拴在金屬網的短邊處，從機頭往機尾方向穿引繩，引繩從機頭至機尾穿過后，人員站在相鄰支架（機頭側） 頂梁下方，利用引繩將金屬網短邊拖移至機頭側支架下方，用2.5 m 撬棍將網鋪平，然后用10 號雙股鐵絲將圓木與金屬網、π 梁捆綁牢固，完成第一道網的鋪設。采取護幫護頂措施后開始聯網、鋪網，聯網、鋪網時面向煤壁站在支架頂梁下方，鋪完后及時伸出護幫板將金屬網撐起。

（3） 上圓木前將金屬網放下，并將所移支架的掛網鐵絲解開。拉架時，要割一架拉一架，將拉出的支架降架300~500 mm，把φ200 mm×3 000 mm 的圓木沿工作面傾向鋪在支架上的金屬網下，把圓木與金屬網捆好后方可升架，隔一架降架鋪一根圓木，圓木梁頭緊緊對接，圓木全部鋪好后將未拉出的架全部拉出。

4.2 打錨索

從頂板破碎、托頂煤開采段兩側頂板完好處開始，由兩側向中間打錨索支護開始，與工作面煤壁成60°~80°夾角隔1 架打設1 根錨索。

工作面每循環割煤前采取“錨索、錨桿＋金屬網＋梯子梁”加強支護，間距1.5 m，排距0.6 m，錨桿、錨索均打設在架間頂梁前端0.2 m 處。其中，第1、2 排全部打注錨索，錨索長度不小于3.5 m，第3 排開始，采用φ20 mm×2 200 mm 錨桿與3.5 m 錨索交替打注，頂板破碎時，每排進行全錨索支護。

4.3 注 漿

（1） 注漿加固材料采用凝固力加固材料Ⅰ號對22212 工作面3~29 號、43~54 號、73~75 號支架頂板進行注漿。

（2） 注漿主要工作是由氣動注漿泵、注射混合槍、封孔器構成。

（3） 注漿孔的布置。注漿孔每5 m 布置1 個孔，成一條線，注漿孔孔徑43 mm，各注漿孔孔深6 m，鉆孔仰角為25°~30°，封孔深度為1.5~2 m，每個孔注凝固力加固材料Ⅰ號A、B 兩種各100 桶。

（4） 注漿工藝流程。

施工準備及安全檢查—孔位設計—儀器連接—打孔—注漿及封孔—清洗。

工作時吸料管分別插到A、B 兩種液體材料中，活塞泵通過吸排料管抽運雙組份材料的2 種液體介質，2 種液體壓送比例為1∶1，之后2 種液體分別通過高壓軟管壓送到注射槍里進行混合，在設備的壓力下混合物通過注射管輸送到需要加固或充填的區域。

4.4 扶 架

扶架時，當支架側護板能正常使用扶正支架，則用側護板扶架。

使用單體液壓支柱扶架時，按順序操作，扶架由5 人一組進行作業，其中1 人專職操作支架，1人負責安全監護，另外3 人負責操作單體支柱、液槍及遠距離供液。步驟為，扶架由支架倒架的反方向從機頭向機尾依次進行，其中2 人操作單體，選用合適長度的單體，將單體頂端頂在下一支架的馬鞍梁上，末端頂在本架的頂梁的立柱窩內，另一人操作液槍將單體微微撐緊，單體頂端和末端做好防倒措施，采用10 號雙股鐵絲將單體頂端和末端分別拴在支架上固定牢靠，待操作單體人員退到安全位置后，一人操作本架降架，一人負責遠距離供液，遠距離供液人員聽從操作本架人員的命令進行停送液，兩人配合將本架拉出升緊。

拉出后支架若與相鄰兩架有間隙，將上一架與本架側護板伸出，若支架仍有間隙，或支架升緊后錯差超過側護板的高度，可能導致架間漏矸時使用合適寬度的板梁或圓木沿工作面傾向挑在架間，用單體撐緊，雙股10 號鐵絲拴在單體手把上與支架緊固連接。

4.5 提 溜

托頂煤段煤層穩定后，按一定的傾角提溜，每刀煤提溜子150~200 mm。在割煤過程中提溜，提溜時班長現場指揮，采煤機司機及支架工密切配合，每循環保持采煤機底刀距底板150~200 mm，同時升起采煤機上刀割頂煤150~200 mm，推溜過程中提起溜子。

4.6 調 斜

根據井下實際情況，支架工與采煤機司機配合將工作面調整偽斜，待運輸機向機尾后竄，機頭安全出口達到要求后，采用正規回采方法割煤。

5 應用效果

按照以上方式對工作面進行施工，雖然工作進度慢，但通過鋪網上圓木、打錨索、注漿、扶架以及工作面開始推進時采取的運輸機提溜和工作面調斜等方法，工作面支架逐漸扶正。

在實施通過坡度規對工作面倒架區域進行支架傾斜角度的測量，通過圖1 中數據可以看出，工作面的支架傾斜角度降到了7°以下，基本恢復了正常，同時在接下來的生產過程中繼續按照上述方法繼續施工，直至工作面完全恢復正常。

6 結 語

發生液壓支架傾倒現象，會對工作面的安全生產造成嚴重影響，在生產過程中，要分別針對具體的地質條件分析倒架原因，采取加強支護、注漿、扶架、提溜及調斜等技術，避免液壓倒架現象的發生，做到安全高效生產。

圖1 22212 工作面支架傾斜角度對比Fig.1 Comparison of support inclination angle of No.22212 Face