大傾角綜放液壓支架穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)分析和防倒防滑措施探究

呂紅偉

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)華越機(jī)械有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，我國(guó)煤炭企業(yè)的發(fā)展技術(shù)也取得了關(guān)鍵性的進(jìn)步，其中的開(kāi)采工藝以及設(shè)備水平都在不斷升高。大傾角綜放發(fā)液壓支架作為煤炭綜采過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，也是決定煤炭在綜采過(guò)程中成敗的主要發(fā)展因素。目前，雖然我國(guó)在液壓支架上的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了較高水平，但是真正適用于大傾角綜放工作面的液壓支架技術(shù)卻仍然處于緩慢的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在綜采的過(guò)程中很容易發(fā)生由于液壓支架不穩(wěn)定造成下滑、倒塌的現(xiàn)象，甚至造成煤礦安全隱患的發(fā)生。

1 大傾角煤層相關(guān)概述

隨著我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)采煤工藝的發(fā)展進(jìn)步，煤礦開(kāi)采強(qiáng)度的不斷加大，大多數(shù)的優(yōu)質(zhì)煤礦資源已經(jīng)盡數(shù)枯竭，對(duì)應(yīng)的大傾角煤層出現(xiàn)在大眾的視野當(dāng)中，引起很多煤炭企業(yè)的高度重視。很多企業(yè)在對(duì)復(fù)雜的大傾角工作面煤層進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，也逐漸認(rèn)識(shí)到要想保障煤炭產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展就必須要對(duì)大傾角煤層進(jìn)行合理的開(kāi)采，解決大傾角工作面的復(fù)雜多樣性問(wèn)題。那么大傾角煤層在理論上主要是指煤層自身的傾斜角度超出了正常煤層，由于其在開(kāi)采過(guò)程中容易出現(xiàn)滑動(dòng)的不穩(wěn)定性現(xiàn)象，被稱為大傾角煤層，正常情況下的傾斜角度在25°～50°之間。在我國(guó)的煤炭資源中，大傾角煤層的總量占據(jù)整個(gè)煤炭?jī)?chǔ)存量的15%，且開(kāi)采難度非常大。因此對(duì)于大傾角綜放工作面在液壓支架的選型上要實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭資源的有效保障，為我國(guó)煤炭企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定基礎(chǔ)[1]。

2 大傾角液壓支架與圍巖的受力關(guān)系分析

大傾角煤層作為我國(guó)煤炭企業(yè)在開(kāi)采礦山過(guò)程中的主要壓力，其工作原理就是在接近重力方向的基礎(chǔ)作用上，運(yùn)用曲線的受力方式進(jìn)行移動(dòng)。一旦頂板出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，那么它的移動(dòng)曲線位置就會(huì)偏離原本的受力方向，導(dǎo)致支架發(fā)生傾倒。這也是由于在開(kāi)采的過(guò)程中底板和頂板在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到來(lái)自綜放工作面的不同壓力，特別容易出現(xiàn)液壓支架倒塌的現(xiàn)象。再加上對(duì)頂板壓力的分支壓力與主壓力之間形成反向壓力，也會(huì)造成液壓支架失穩(wěn)的工作發(fā)展?fàn)顟B(tài)。其次，在對(duì)大傾角工作面進(jìn)行推進(jìn)工作的過(guò)程中，由于大傾角煤層自身傾斜角度大的主要特點(diǎn)，在液壓支架前移的過(guò)程中，會(huì)失去對(duì)應(yīng)的支架支撐點(diǎn)導(dǎo)致支架傾倒，對(duì)整個(gè)液壓支架的穩(wěn)定性影響很大。

3 大傾角放頂煤支架穩(wěn)定性分析

3.1 大傾角綜放液壓支架的支護(hù)方式分析

液壓支架作為我國(guó)煤炭企業(yè)對(duì)大傾角煤層綜放工作面進(jìn)行開(kāi)采過(guò)程中的主要核心設(shè)備，不同的支架類型或者不同頂板都會(huì)直接影響液壓支架的穩(wěn)定性，但影響支架穩(wěn)定性最重要的因素還是對(duì)液壓支架類型的選擇。大多數(shù)的煤炭企業(yè)在對(duì)大傾角煤層進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中一般都會(huì)運(yùn)用低位放頂型支架，這也是由于大傾角煤層自身環(huán)境的復(fù)雜多元性，采用低位放頂型的液壓支架可以有效降低傾斜角的滑動(dòng)。其次，由于大傾角煤層的地質(zhì)環(huán)境強(qiáng)度較低，一般在液壓支架的利用上都會(huì)采用伸縮梁等有效的支護(hù)方式。同時(shí)在支架底座的選擇上，也會(huì)采用整體強(qiáng)度較高的底座，在底座的側(cè)面設(shè)置對(duì)應(yīng)的支架調(diào)節(jié)裝置，并及時(shí)調(diào)整護(hù)幫板，保障支架的靈活性，增強(qiáng)液壓支架整體的穩(wěn)定性[2]。

3.2 大傾角綜放液壓支架穩(wěn)定動(dòng)態(tài)分析

在通常情況下，由于大傾角煤層自身環(huán)境的復(fù)雜多元性，這種情況下極易導(dǎo)致大傾角綜放工作面下滑，液壓支架在整個(gè)工作面中的傾斜滑動(dòng)，進(jìn)一步影響液壓支架的穩(wěn)定性。也是就說(shuō)，如果在液壓支架進(jìn)行工作的過(guò)程當(dāng)中，隨著支架自身重量的發(fā)展以及頂板對(duì)支架造成的壓力，會(huì)直接導(dǎo)致直接出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象。如果不考慮輸送機(jī)內(nèi)部構(gòu)建對(duì)支架產(chǎn)生的壓力，那么支架的穩(wěn)定性就會(huì)隨著支架自身的工作力以及頂板的壓力而增加。同時(shí)在實(shí)現(xiàn)支架推進(jìn)的作業(yè)中，也會(huì)出現(xiàn)下滑的現(xiàn)象。例如當(dāng)支架的自身重量壓力P與支架頂板壓力Q 處于平衡發(fā)展的狀態(tài)時(shí)，這個(gè)時(shí)候?qū)τ谥Ъ艿膲毫σ膊粫?huì)完全隨著自身重量壓力的曲線變化而移動(dòng)；但是當(dāng)支架所受到的壓力合力偏向液壓支架的邊緣，這樣就會(huì)導(dǎo)致支架的倒塌，如圖1所示。也就是說(shuō)，當(dāng)液壓支架的壓力合力的狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生支架沿著底板而下滑的趨勢(shì)，但是要想保障液壓支架的穩(wěn)定性就要讓液壓支架自身的抗滑力大于滑動(dòng)力，根據(jù)不同的動(dòng)態(tài)受力情況進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上采取有效的防滑措施保障液壓支架的穩(wěn)定性，進(jìn)一步保障整體工作的有序進(jìn)行。

圖1 液壓支架防倒穩(wěn)定性分析

3.3 完善大傾角綜放液壓支架穩(wěn)定性控制策略

對(duì)于大傾角綜放液壓支架穩(wěn)定性控制主要體現(xiàn)在單個(gè)的支架個(gè)體、相鄰的支架組和形式上，加強(qiáng)這兩項(xiàng)的有效控制可以排除不穩(wěn)定性因素，同時(shí)在此基礎(chǔ)上也可以令支架的頂板受力比較均勻，提高支架系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

那么首先在設(shè)計(jì)支架的過(guò)程中，應(yīng)選用缸徑立柱較大的進(jìn)行工作，以保障工作的有序進(jìn)行，通過(guò)加寬支架的底座減輕支架自身的質(zhì)量，保障液壓支架穩(wěn)定的工作狀態(tài)以及支架支撐的強(qiáng)度。并且降低制作底板的比壓，保障大傾角煤層的底板條件。并在此基礎(chǔ)上，加大支架的底座面積，調(diào)整壓力合力對(duì)支架的作用點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)底板比壓降低的目的，保障工作的有序進(jìn)行。最后，在大傾角工作面液壓支架的穩(wěn)定性中，除了要對(duì)單個(gè)支架個(gè)體進(jìn)行穩(wěn)定防護(hù)以外，還應(yīng)該考慮相鄰支架組的頭尾設(shè)計(jì)，盡可能的讓支架具有整體性的依托，在不同的條件下對(duì)支架組進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)布置。

4 大傾角綜放液壓支架防倒防滑措施

4.1 防倒防滑裝置安裝

隨著我國(guó)煤炭企業(yè)在綜采技術(shù)上的不斷改善，對(duì)大傾角煤層的開(kāi)采也已經(jīng)取得了階段性的進(jìn)步，需要在液壓支架上進(jìn)行安裝防倒防滑裝置工作。由于在煤礦產(chǎn)業(yè)的開(kāi)采過(guò)程中的大傾角綜放工作面的工藝技術(shù)較為復(fù)雜，各種因素的影響都會(huì)直接造成液壓支架的不穩(wěn)定性，因此在實(shí)際的安裝措施中，一般會(huì)使用千斤頂以增加支架在整體上的扛倒功能，以保障工作的有序進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)大傾角煤層的平拉式抗滑。之后可以在兩個(gè)頂梁中采取斜拉式抗滑方法。最后在支架底座的前方或后方設(shè)置防滑裝置；這樣當(dāng)支架出現(xiàn)傾倒的情況時(shí)，就可以有效地限制支架的擺動(dòng)，并對(duì)支架的位置進(jìn)行有效調(diào)節(jié)[3]。

4.2 過(guò)渡支架裝置安裝

在實(shí)際對(duì)大傾角綜放工作面的開(kāi)采過(guò)程中，不僅要做好對(duì)工作面的科學(xué)管理以及檢修工作，還要保持液壓支架的穩(wěn)定性，以保障工作的有序進(jìn)行。過(guò)渡支架裝置安裝的方式可以有效預(yù)防液壓支架不穩(wěn)固的情況發(fā)生。實(shí)現(xiàn)支架的安裝過(guò)渡的有效方法比較固定，一般都會(huì)采取的措施就是在液壓支架之間，放置相應(yīng)的防滑千斤頂，與此同時(shí)，每?jī)蓚€(gè)頂梁之間也要設(shè)計(jì)一個(gè)防倒滑千斤頂。在對(duì)大傾角煤層進(jìn)行開(kāi)采煤炭的同時(shí)，將能夠利用到的液壓支架利用千斤頂進(jìn)行及時(shí)的調(diào)試，同時(shí)在拉移支架的同時(shí)也要注意對(duì)單體支柱的使用進(jìn)行輔助性的調(diào)整，完善對(duì)液壓支架防倒防滑裝置的配置。

4.3 完善支架生產(chǎn)工藝

由于大傾角綜放工作面的開(kāi)采角度較大，所以為了有效實(shí)現(xiàn)防倒防滑的根本目標(biāo)，就需要從綜放工作面的實(shí)際傾斜角度、長(zhǎng)度、高度等相關(guān)因素進(jìn)行水平傾斜的過(guò)渡方法，有效抵消液壓支架的傾滑程度，提高液壓支架支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。將輸送機(jī)上移到與支架距離30 cm 的位置。或者也可以利用完整的回采工藝，提高液壓支架整體的工藝特點(diǎn)。并在此基礎(chǔ)上及時(shí)檢修，發(fā)展工作面設(shè)備的穩(wěn)定性，推進(jìn)我國(guó)煤炭企業(yè)在開(kāi)采大傾角煤層時(shí)的順利實(shí)施，減少安全事故的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

由于在煤礦產(chǎn)業(yè)的開(kāi)采過(guò)程中的大傾角綜放工作面的工藝技術(shù)較為復(fù)雜，各種因素的影響都會(huì)直接造成液壓支架的不穩(wěn)定性，影響綜采進(jìn)度。因此，在實(shí)際對(duì)大傾角綜放工作面的開(kāi)采過(guò)程中，不僅要做好對(duì)工作面的科學(xué)管理以及檢修工作，保持液壓支架的穩(wěn)定性，同時(shí)在進(jìn)行開(kāi)采工作的過(guò)程中，還要充分利用液壓支架的可伸縮梁，控制開(kāi)采的高度，避免發(fā)生漏頂?shù)默F(xiàn)象，并且在液壓支架的設(shè)計(jì)上，必須要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的防倒防滑裝置，保障大傾角綜放工作面配套設(shè)施的完善，從整體上提高液壓支架的穩(wěn)定性，保障開(kāi)采安全。