试析大倾角大采高综采面内防止液压支架倒架的措施

【摘 要】液压支架性能好坏直接关系到工作面的安全与否，因此加强工作面内液压支架管理与维护十分重要。本文基于某矿特殊条件――综采工作面为大倾角大采高来，来分析与总结大倾角大采高综采面防止液压支架倒架的措施。笔者认为影响支架倒架的因素有煤层倾角、工作面采高、运输机推移与煤壁片帮，因此针对这些原因也从四个方面对防止倒架措施进行了探讨，以期为具有大倾角大采高特性的煤矿在管理液压支架时提供参考。

【关键词】大倾角；大采高；综采工作面；液压支架；防倒措施

0.前言

综采工作面内液压支架起着支撑顶板、保护设备和行人安全的作用，是关键综采设备之一，且数量较多，（一般在10架以上），因此是工作面内设备管理与维护的重点。从以往经验来看，液压支架容易出现一些局部故障，如死架、自动降架等，处理起来相对麻烦。更为糟糕的是，如果工作面内出理倒架事故，则会给煤矿生产造成重要影响。支架倾倒往往是数台甚至是数十台，处理起来非常棘手，干扰矿山生产不说，也为工作面安全埋下隐患。依上分析，液压支架管理的重要性不言而喻，液压支架性能好坏直接关系到工作面的安全与否。本文以某矿为例，3102工作面为典型的大倾角大采高综采工作面，煤层平均倾角28°，最大采高为5.6m，顶板为复合顶板条件，采用ZY10000-28/62型支撑掩护式支架支撑顶板，共计120台。在工作面回采初期，发生一起严重倒架事故，最多时数量达到30台，给煤矿造成巨大损失。以下就该矿倒架事故进行原因分析。

1.液压支架倒架原因分析

大倾角大采高综采面内液压支架力学模型稳定性分析如图1所示。

图1 支架正常支撑时受力示意图

式中，Hg为支架重心高度；H为采高；B为支架底座宽度；N1为底板对底座的支承力；N2为顶板对顶梁的正压力；μ2为顶梁与顶板间的摩擦因数；G为支架所受重力；f1为支架顶梁所受摩擦力；F1为邻架的压力；α为底板倾角。

在支架正常支撑时，主要依靠顶梁与顶板的摩擦力、侧护板与邻架的压力、支架的下滑分力相互作用来维持支架力矩平衡，保证支架处于稳定状态。

（1）工作面倾角的影响。在大倾角工作面，由于倾角的影响，支架和顶板均会出现一个下滑分力，该分力的作用结果造成支架存在一定倾倒趋势，而且随着倾角的增大，由下滑分力作用引起支架下滑、倾倒的趋势上升。

（2）工作面采高的影响。随着工作面采高的加大，支架重心位置上升，支架自重产生的力矩效果由稳定支架逐渐过渡到使支架侧翻，因此，采高的加大会加剧支架的倾倒。

（3）工作面片帮的影响。由于工作面煤质松软，且工作面倾角、采高较大，煤壁极易片帮，片帮后上覆复合顶板随之冒落，顶板冒落又进一步造成煤壁片帮，易形成恶性循环，最终导致支架超高，接顶困难，初撑力不足，使支架处于空顶状态，这是工作面倒架的主要原因。

（4）工作面运输机的影响。工作面在初期回采期间，由于工艺不熟悉，加之运输机、采煤机重量大，运输机下滑严重，带动支架下滑，进而造成支架歪架、走斜，加剧了倒架情况。

2.液压支架防止倒架措施

（1）降低采高。在工作面支架高度超出5.8m区域及倒架严重区域，采用混合台阶法采煤工艺，即超前在工作面煤壁中人工刷扩出2m高度进行支护，其余部分由采煤机回采，这样逐步降低采高，缓解煤壁静止状态下大面积片帮的情况。在降低采高的过程，要保证工作面的推进度，严禁静态调整。根据工作面实际情况，机电设备技术参数，支架高度控制在5～5.5m、采高控制在5.5～6.0m之间时既提高资源回收率，又能很好地控制煤壁片冒情况，初次放顶期间控制在3.6m以内，严禁支架超高使用。

（2）加固煤壁。①工作面上下顺槽超前深孔预注水，配合回采时工作面煤壁浅孔动压注水、煤壁打设玻璃钢锚杆加固煤壁。②台阶法采煤工艺。采煤机的两个滚筒先割煤层的上部，然后伸缩梁伸出及时支护顶板，护帮板支撑在煤壁上，防止煤壁片帮；采煤机割完煤层上部后，两个滚筒同时割煤层下部；割完下部煤层后，支架进行移架。③支架防片帮。采用及时支护方式，煤机前滚筒割煤后立即打出伸缩梁护住顶板，后滚筒割煤后用护帮板护住煤帮，防止片帮。在移架后，支架的二级护帮及时打上，紧贴煤壁防止煤壁片帮；增大支架初撑力，减小顶板作用于煤壁上的超前压力。

（3）顶板支护。①如果出现冒高大于0.5m、沿倾斜方向大于3.0m、沿推进方向大于1.0m的漏顶时，及时茬顶或人工刷扩架单体柱倾向抬棚支护，片帮、漏顶严重时注马丽散加固顶板。②减少架前漏矸，拉架时伸本架侧护板，收上架侧护板。若架间间隙大，顶板破碎，架前漏空时，应打设平台，用半圆木、荆芭背严实。③提高支架初撑力，保证支架接顶严密，同时带压移架。发现支架没有初撑力时及时进行补液保证支架接顶，使支架与顶板之间产生足够大的摩擦力保证支架稳定，进而保证顶板完整。

（4）防倒架。①明确架型控制，移架后支架与运输机倾角差控制在5°～10°之间，倾角差不得小于5°，不得超过10°，使支架处于轻微反倒状态，支架顶梁的仰俯角控制在+7°，工作面移架过后及时打上防倒油缸，使防倒油缸处于张紧状态，严禁空顶拉架。②正常回采过程中，在工作面布置一道链条，此链条上端固定在机尾架上，下端固定于机头架上，工作面每隔5架使用链条将本架与主链条进行连锁；发现支架有下滑及歪倒的迹象时，可以在拉架过程中使用上顺槽安装的JH-20绞车拉住支架平衡油缸进行防滑、防倒，之后通过每隔5架使用链条将本架与下部支架防倒油缸连锁固定；下部支架移架期间，可配合使用单体支柱打在支架顶梁上进行防滑及防倒，第一架处可以打戗柱防止支架下滑、倾倒；拉架后，在每架支架底座之间夹上木板，防止支架底座咬死。③下端头采用4m、6m长的单体柱π型钢梁组合迈步抬棚支护，其中，跨机头使用6m长抬棚，为端头支架提供稳定的支护条件。④移架之前应先将上柱脚的浮煤清理干净，使用支架抬柱脚油缸将支架柱脚抬起，同时使用木料垫在支架下柱脚防止支架倒架。⑤调整工作面伪斜，使机头超前机尾9～15m，防止支架、运输机下滑。

3.结语

综采工作面控制歪架、倒架理想措施是确保支架支撑状态良好，初撑力、工作阻力满足要求。但由于客观、主观等方面的原因，生产过程中往往达不到理想要求，应根据不同的歪架、倒架原因，制定不同的预防处理措施。上述倒架预防及处理技术简单实用，可操作性强，能针对大倾角大采高综采工作面的特殊条件，极大提高液压支架的稳定性，因而能够保证工作面的出煤效率和现场作业人员的生命安全。

【参考文献】

[1]冉星仕.综采工作面液压支架倒架的原因及对策[J].煤矿机械，2005（10）.

[2]郭生宏，陈佳.浅析综采工作面液压支架倒架的原因及对策[J].煤，2012（09）.

[3]姜福兴.采煤工作面顶板控制设计及其专家系统[M].北京：煤炭工业出版社，2010.