淺析大采高支架穩定性的影響因素及控制措施

張 楊,劉建明,種德雨,代華明

(中國礦業大學)

淺析大采高支架穩定性的影響因素及控制措施

張 楊①,劉建明,種德雨,代華明

(中國礦業大學)

針對大采高綜采支架的穩定性問題,探討了大采高支架傾倒的影響因素,給出了一些控制條件,提出了大采高支架傾倒控制措施,對煤礦大采高工作面控制支架傾倒具有指導意義。

大采高;綜采支架:穩定性;影響因素;控制措施

制約大采高開采高度的因素是多方面的,其中,大采高綜采支架的橫向失穩問題是生產實踐中迫切需要研究解決的難點之一。支架橫向失穩的主要表現形式是高架傾倒,即高架頂梁與底座發生相對線位移,其傾倒特征、方式及程度受眾多因素影響,主要有:底板傾角、采高、支架重心高度、支架位置等,這些因素有時單獨作用,有時交互作用,使高架傾倒問題變得很復雜。

1 大采高液壓支架穩定性事故分類

根據生產實踐,大采高支架穩定性問題可分為兩大類,即橫向穩定性問題和縱向穩定性問題。

1)橫向不穩定,是指高架頂梁相對底座偏離原橫向設計位置。有以下3種具體情形:

a)頂梁與底座發生相對角位移,即高架在走向方向上歪扭,屬橫向歪扭。

b)頂梁與底座發生相對線位移。即高架沿傾向傾倒,屬橫向傾倒。

c)頂梁平面相對底座平面有一橫向夾角,頂梁與底座不平行。

2)縱向不穩定,是指高架頂梁相對底座偏離原縱向設計位置。有以下3種具體情形:

a)支架向煤壁方向傾倒。

b)支架向采空區方向傾倒。

c)頂梁平面與底座平面不平行,存在一個縱向夾角。

2 高架傾倒的影響因素與控制條件

高架傾倒是大采高液壓支架橫向不穩定的主要表現形式。現場觀測表明,高架傾倒在大采高綜采工作面表現為向上或向下傾倒兩種形式,兩者均占一定的比例。高架傾倒的影響因素主要有:

1)工作面采高。大采高綜采工作面隨著采高的增大,支架的重量加大,側向活動空間加大。在給定架型的條件下,支架的重心隨采高加大而升高,但底座的寬度不變或變化很小,當支架傾斜或受復雜力時,其穩定性變差。同理,在給定采高的前提下,支架的重心越高,其穩定性也越差。

2)煤層傾角。在有傾角的工作面,隨著傾角的加大,支架會沿底煤層底板下滑,在回采工作面,由于頂梁間排列緊密并且有側護板的約束作用,而底座之間的間隙較大,造成底座失穩下滑。因此,支架的下滑往往發生在立柱支撐力小或無支撐力時,如發生在支架上方頂板冒空或移架過程中。

3)地質因素。由于地質因素的影響,頂板在下沉的同時,往往還伴有微量的向下傾斜移動,這會帶動支架頂梁也向下偏斜,促使支架在一定程度上向下傾倒。當發生頂板漏冒時,支架的上方就會形成空頂,支架就失去了頂板約束,對支架穩定性不利。地板受軟巖因素的影響時,支架的穩定性會受到很大影響。

4)回采工藝。大采高綜采開采中,移架順序對于工作面的整體下滑起很大作用,由下而上移架的下滑量要比由上而下的下滑量大的多。由上往下移架,由于下方的支架是固定的,限制了移架過程中的下滑。反之,由下而上移架,由于第一架沒有側位約束,下滑量大,也會導致整體下滑量加大。其次,頂煤在工作面方向上各個位置的受力不同導致了頂煤的冒放性不同,從而要求在工作面不同位置采用不同的放煤工藝,而且在頂煤放出過程中,支架上方頂煤移動會影響相鄰支架上方頂煤的狀態,進而影響相鄰支架的受力狀態與穩定性。放頂煤支架后部的放煤機構在放煤過程中受到煤流向下的分力,會對支架掩護梁及尾梁施加側向力,使支架產生側向擺動,從而帶動支架扭斜。工作面向前推進過程中,如果工作面傾角大,支架降架前移時,會因失去支撐點而偏斜或傾倒,在綜采過程中,由于支架上方為松軟的頂煤,這一現象會更加明顯,對支架的穩定性影響更大。

3 提高支架穩定性的措施

大采高液壓支架穩定性控制包括單個支架和相鄰支架組的穩定性控制兩個方面。其目的在于盡量降低不利因素的影響,有效提高支護系統的穩定性。

1)加大底座面積,調整合力作用點位置,使底板比壓降低,這樣可加大支架初撐力,是支架工作時充分利用工作阻力,移架時保持一定的阻力。提高初撐力和工作阻力,可有效地增大支架工作狀態的穩定性,所以在支架設計時,應盡量選用較大缸徑立柱。在保證刮板輸送機千斤頂空間的情況下,底座應盡量加寬。

2)在保證對頂板足夠支撐強度的前提下,盡量減輕支架重量。大采高大傾角煤層走向長壁工作面礦壓顯現的主要特征是由于不均勻充填導致沿工作面傾斜方向來壓順序、持續時間、來壓強度的不均衡和頂板對支架作用的載荷而有變化。同時,由于支架重量與穩定性成反比關系,因此,只要支護強度能滿足要求,應盡量減輕支架重量,以提高穩定性,同時對支架在工作面的調整和移架也有利。

3)提高工作面支護系統穩定性。工作面支護系統的穩定性除需保證單個支架在工作過程中的穩定外,還應考慮設置排頭排尾支架組,使工作面支護系統有相對穩定的整體性和可靠的依托。通常,排頭排尾支架組可由3～5架工作面基本支架(由附加裝置連成整體)來組成;端頭支架則需要針對具體條件特殊設計與布置。

4)減小支架頂梁和底座間的間隙,使它沒有傾倒和滑動的空間。支架側護板千斤頂、側推彈簧使支架頂梁相互靠緊,始終保持有足夠的扶正力,防止倒架和滑架。其次,將工作面布置為偽斜,減小工作面實際傾角,在相鄰支架底座之間可設置防滑千斤頂,以有初撐力的支架為支點,調整相鄰支架的位置。

4 結 語

綜上所述,對大采高的采場,不僅要優化設備配套,采取有效的防倒、防滑措施和采煤工藝方法,而且要加強管理,提高工作面裝備的整體穩定性提高工作面設備整體可靠性,提高開機率,加快工作面推進。從而實現大采高綜采礦井的安全高效開采。

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Analysis on Influence Factors and Control Measures of Stability of Large Mining Height Supporter

Zhang Yang,Liu Jian-ming,Zhong De-yu,Dai Hua-ming

In connection with the stability problem of a large mining height supporter,discusses the dumping factors,gives some control conditions,puts forward a large mining height supporter dumping control measures,it has significance to large mining height coal mining face control supporter dumping.

Largemining height;Fullymechanizedsupporter;Stability;Impact factor;Control measures

book=3,ebook=68

TD355.2

B

1672-0652(2010)03-0041-02

2010-02-28

張 楊 男 1987年出生 2007級中國礦業大學礦業工程學院在讀本科生 徐州 221116