重型液壓支架歪架倒架機(jī)理研究

王穩(wěn)世　李大軍

摘要：俄霍布拉克煤礦5305綜放工作面回采期間遇到一條正斷層，傾角70°，落差8.2m，給回采帶來了較大的難度。由于斷層帶煤質(zhì)受斷層牽拉影響，煤質(zhì)極度酥軟，揭露斷層帶頂板極易冒落，造成工作面支架歪架倒架。通過現(xiàn)場(chǎng)各種措施對(duì)頂板、煤壁進(jìn)行控制，對(duì)支架進(jìn)行扶正，為今后過斷層煤炭開采提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：重型液壓支架；歪架倒架機(jī)理；煤炭開采；綜放工作面；過斷層 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD355 文章編號(hào)：1009-2374（2015）29-0165-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.082

1 工作面概況

工作面地貌屬天山褶皺帶的南麓，塔里木地塊北緣，山前拗陷地帶的單斜構(gòu)造，為低山丘陵地貌、基巖半裸露，地表被第四系黃土和砂礫層覆蓋，地形起伏不平，沖溝發(fā)育。該面位于主斜井以西，北部為5303面采空區(qū)，西部為未采區(qū)并距井田技術(shù)邊界828m，東部為5105工作面采空區(qū)，南部未空區(qū)。

該面平均走向長(zhǎng)度2100m，傾向長(zhǎng)度193m，所采煤層為下5煤，黑色，塊狀構(gòu)造，光亮型，垂直裂隙發(fā)育，煤層厚度8.7m，煤層平均傾角為11°，煤層厚度變化較大，煤層垂直裂隙發(fā)育，易冒落片幫。本面選用ZF12000/25/38型支掩式液壓支架和SL300型無鏈電牽引采煤機(jī)，機(jī)采高度為3.2m，平均煤厚8.7m。則平均放煤高度為5.5m，平均采放比為1∶1.72。

5305工作面從切眼推進(jìn)265m左右時(shí)，工作面揭露一條正斷層，材料道揭露落差為1.2m，沿著工作面向下落差增大為8.2m，由于斷層帶煤質(zhì)酥軟，頂板極易冒落，在斷層揭露后工作面從98架至112架頂板大面積冒落，造成支架空頂嚴(yán)重，隨著向前推進(jìn)，斷層處巖石硬度增加，采用放震動(dòng)炮的方式進(jìn)行破巖，由于放炮震動(dòng)再次造成頂板冒落，導(dǎo)致支架再次空頂，給拉移支架造成極大困難。支架從80架至100架歪架倒架嚴(yán)重，其中85架至98架尤其嚴(yán)重，支架最大傾角達(dá)到42°，工作面一度被迫停產(chǎn)，處理歪架倒架。

2 工作面支護(hù)狀況

工作面共布置綜放支架112架，其中中間架（ZF12000/25/38）105架、運(yùn)輸機(jī)尾過渡支架（ZFG12000/25/38）4架、運(yùn)輸機(jī)頭過渡支架（ZFG12000/25/38）3架、端頭支架（ZT20000/25/38）機(jī)頭布置1組。

3 工作面支架受力分析

如圖1（a）所示，在大傾角綜放工作面上，支架在正常工作時(shí)，支架在頂板壓力的合力N，支架自重G，初撐力N1，上下鄰架間可能的擠壓力P1和P2，底板反作用力N2作用下處于平衡狀態(tài)。

圖1

當(dāng)支架所受合力作用點(diǎn)偏出支架底座下邊緣時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致支架歪倒。在力矩極限平衡時(shí)，地板反作用力N2作用于O處，如圖1（b）所示。此時(shí)有：

Gb=（P1-P2）H+（Hsinα-B2cosα）Nb=（B/2）cosα-Hgsinα

式中：H為支架高度；B為支架底座箱寬度；Hg為支架重心高度；b為支架自重作用方向與支架底座箱下邊緣的水平距離。由上式可以看出b與Hg成反比，支架底座箱越寬，支架重心越低，支架使用高度越低，支架越穩(wěn)定，適應(yīng)的傾角與抗壓強(qiáng)度將越大。從圖1中可以看出，支架自穩(wěn)力臂長(zhǎng)b隨支架重心高度增大而減小，隨支架底座箱寬度增大而增大，所以支架底座箱寬度越寬，支架支撐高度越低，支架重心越低，支架的自穩(wěn)力矩越大，則支架的適應(yīng)傾角與抗壓強(qiáng)度就越大。

4 工作面過斷層歪架倒架的原因

4.1 支架蹬空，接頂不實(shí)

受斷層影響工作面煤質(zhì)松軟，煤機(jī)滾筒截深800mm，但煤機(jī)割煤后加上片幫足有1200mm，支架前方空頂面積較大，容易造成漏頂、空頂使支架蹬空，初撐力達(dá)不到要求，不能有效支撐頂板，因此支架受力的穩(wěn)定平衡狀態(tài)被破壞，極易發(fā)生歪架倒架現(xiàn)象。

4.2 工作面上部?jī)A角增大

由于斷層工作面上部上爬量較大，局部達(dá)到25°左右。工作面傾角增大對(duì)歪架倒架的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是存在下滑分力，在支架重力分量（F=Gsinα）作用下，隨著角度的增大，支架下滑和傾倒的可能性急劇增加，支架極易失穩(wěn)；二是支架重心偏離底座箱中心較多，使支架穩(wěn)定性降低，支架在降架前移時(shí)會(huì)因?yàn)槭ブ吸c(diǎn)而造成歪架或倒架。

4.3 支架支撐高度的影響

根據(jù)支架力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，隨著支架支撐高度的增大，支架重心隨之增高，在工作面傾斜角度不變的情況下，由下滑分力引起的翻轉(zhuǎn)力矩隨之增大，支架歪架倒架的可能性也隨之增大。而支架采高越低支架本身防倒的穩(wěn)定性也越高，該面發(fā)生倒架時(shí)由于片幫、漏頂采高超過3.8m，基本超出了支架的支撐范圍，由于支架超高后支架本

身的穩(wěn)定性得不到保證是造成倒架的主要原因之一。

4.4 支架側(cè)護(hù)板沒有壓力鎖

該面支架自重達(dá)到41噸，由于支撐高度增加，工作面傾角增大，使得下滑分力增大。由于支架側(cè)護(hù)板沒有安裝壓力鎖，下滑分力超出了千斤頂自身承受的極限壓力，使得千斤頂自行收縮，支架隨之向下歪斜，造成工作面擠死支架，給拉移支架帶來極大困難。

4.5 防倒裝置不完備

現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為只有下出口過渡支架有防倒裝置就可以，其余支架和運(yùn)輸機(jī)相連就不需要防倒裝置，實(shí)際在放煤時(shí)，煤流及大炭塊都會(huì)對(duì)支架有一個(gè)向下的分力，尤其是支架越高尾梁越低，大炭塊越容易碰撞尾梁，使支架產(chǎn)生向下的擺動(dòng)，從而帶動(dòng)支架發(fā)生掉斜，這樣就會(huì)使支架間的間隙發(fā)生變化，支架偏移，在拉移支架時(shí)前部運(yùn)輸機(jī)通過千斤頂?shù)睦Σ淮怪迸c支架，而產(chǎn)生側(cè)向的分力，從而誘發(fā)歪架倒架。

5 針對(duì)5305工作面歪架倒架的處理措施

5.1 煤壁注馬麗散進(jìn)行固化endprint

由于煤質(zhì)酥軟，煤壁極易片幫，采取注馬麗散的方式對(duì)煤壁進(jìn)行固化處理，注射孔采用M型深淺孔交叉布置，深孔5m，淺孔3m，根據(jù)馬麗散擴(kuò)散半徑布置眼距，效果比較明顯，煤壁得到有效控制，使用后煤壁不再發(fā)生大面積片幫現(xiàn)象。

5.2 人工擴(kuò)棚支護(hù)頂板，降低采高

由于受斷層影響煤質(zhì)酥軟、頂板破碎，工作面極易造成漏頂、掉頂事故，采取人工擴(kuò)棚支護(hù)頂板的方式及時(shí)支護(hù)頂板。在歪架倒架范圍內(nèi)分上下兩組進(jìn)行人工擴(kuò)棚，采用3m長(zhǎng)礦用“工”字鋼，配合DZ-3.5m單體支柱，一架兩梁，一梁兩柱，梁子一頭搭在支架前梁上，一頭用單體支撐，鋼梁上方鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)及半圓木，逐架進(jìn)行，高度控制在3.1m左右。采取擴(kuò)棚措施后頂板得到有效控制，不再發(fā)生漏頂、掉頂事故，支架能夠有效支撐頂板，同時(shí)使支架自身也有了生根點(diǎn)，當(dāng)人工擴(kuò)棚兩次以后，工作面支架不再歪架倒架。

5.3 增加防倒千斤頂

以運(yùn)輸機(jī)尾站正的支架作為防倒千斤頂生根點(diǎn)，將歪架倒架范圍內(nèi)的支架增加兩個(gè)千斤頂，一個(gè)加在支架頂梁工藝孔上，一個(gè)加到支架尾梁上，這樣在扶正支架期間效果較好。

5.4 增加側(cè)護(hù)板壓力鎖

在80架至100架安裝側(cè)護(hù)板壓力鎖，這樣在支架扶起來以后不會(huì)因?yàn)閭?cè)護(hù)板千斤頂受力收縮而在此造成支架歪架。

5.5 采用單體支柱進(jìn)行輔助扶正支架

由于工作面支架倒架嚴(yán)重，個(gè)別支架傾斜達(dá)到42°，給支架扶正帶來極大難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，在這種情況下，靠支架自身已經(jīng)無法保證正常拉移，需要靠輔助手段進(jìn)行拉移，該面采用多根DZ-4.5m單體配合防倒千斤頂進(jìn)行拉移、扶正支架。拉移支架從上向下，輔助單體一頭打在下一架底座箱上，一頭打在待拉支架前梁、頂梁工藝孔上，再配合防倒千斤頂邊拉邊調(diào)，使其進(jìn)入到人工擴(kuò)棚的下方，這樣當(dāng)支架整個(gè)前梁全部進(jìn)入棚梁下方后，支架基本就調(diào)正了。由于調(diào)架期間相鄰下方的支架與待調(diào)支架間隙增大，為了確保施工安全，在架間采用工字鋼和半圓木進(jìn)行支護(hù)，防止架間漏炭、漏矸。

6 預(yù)防歪架倒架的措施

經(jīng)過對(duì)5305工作面過斷層期間歪架倒架的原因分析及其扶正的整個(gè)過程的探索與研究，為我們今后過斷層提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，以后杜絕該類事故有了明確的方向，要防止歪架倒架需做好以下四點(diǎn)：（1）嚴(yán)格控制工作面采高，嚴(yán)禁支架超高使用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有空頂、漏頂現(xiàn)象的必須及時(shí)進(jìn)行接頂；（2）工作面局部上爬期間選擇好上爬角度，不能造成工作面局部角度過大；（3）加強(qiáng)工作面運(yùn)輸機(jī)上竄下滑的管理，防止運(yùn)輸機(jī)上竄下滑帶動(dòng)支架歪架；（4）堅(jiān)持按照正規(guī)循環(huán)作業(yè)，加強(qiáng)工作面工程質(zhì)量管理，做到“三直兩平兩暢通”，發(fā)現(xiàn)局部超前或滯后要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

7 結(jié)語

造成液壓支架歪架倒架的因素是多方面的，實(shí)際工作中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)支架歪架倒架的因素分析和控制，根據(jù)不同的因素采取不同的措施，杜絕今后該類事件發(fā)生，使綜放工作面發(fā)揮出高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 侯新付，李軍.大傾角綜采放頂煤工作面設(shè)備防滑、防倒技術(shù)[J].煤炭科技，2008，（3）.

作者簡(jiǎn)介：王穩(wěn)世（1979-），男，甘肅通渭人，徐州礦務(wù)集團(tuán)新疆天山礦業(yè)有限責(zé)任公司綜采一區(qū)區(qū)長(zhǎng)。

（責(zé)任編輯：王 波）endprint