重型放頂煤液壓支架倒架原因及處理措施

徐小航

（陽泉集團泰安煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

0 引言

81201工作面為首次使用大采高重型放頂煤支架的自動化工作面，該工作面于2018年8月上旬初采，由于機電設(shè)備事故較多，一直未正常生產(chǎn)，經(jīng)過采煤隊組和設(shè)備廠家的共同努力，到月底（8月27日）基本能夠達到每班3刀煤，日產(chǎn)7 000 t以上。9月初，工作面45#～48#架出現(xiàn)頂板破碎、流矸、支架不接頂?shù)那闆r，隊組未及時采取有效措施，導(dǎo)致支架向進風(fēng)方向傾斜，最大傾角達到24°，工作面基本處于半停產(chǎn)狀態(tài)。經(jīng)過相關(guān)部門對工作面現(xiàn)場勘查后，發(fā)現(xiàn)了造成支架倒架的根本原因，制定了針對性措施，經(jīng)過采煤隊近20 d的努力后，該工作面才恢復(fù)了正常生產(chǎn)。

1 工作面概況

1.1 工作面介紹

工作面位置：81201工作面位于15#煤十二采區(qū)，工作面走向長為1 877 m，傾斜長為220 m。工作面西部、北部為礦界，東部為尚未掘進的81203工作面，南部為十二區(qū)準(zhǔn)備巷；上部8#煤為21302工作面采空區(qū)，3#煤為71319、71312、71314工作面采空區(qū)。

煤層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)狀：煤層屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤，煤層總厚度7.39～8.88 m，平均7.7 m（含1.74 m夾矸）。工作面總體為一由東向西傾伏的單斜構(gòu)造，褶曲構(gòu)造較發(fā)育，煤層傾角2°～8°，平均4°，局部地段可能增大至15°以上。

頂?shù)装迩闆r：直接頂為泥巖，厚度為2.28 m。黑色，致密性脆，含少量星點狀黃鐵礦；老頂為石灰?guī)r，厚度為2.15 m，巖性硬而脆，含動物化石及方解石細脈。泥巖，厚度為2.09 m，巖性致密，含少量鈣質(zhì)，含星點狀黃鐵礦夾鐵質(zhì)結(jié)核及方解石細脈；石灰?guī)r，厚度為2.42 m，巖性致密堅硬，富含動物化石，中部夾薄層鈣質(zhì)頁巖，節(jié)理發(fā)育巖心破碎。直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為3.75 m，黑色，局部含有小砂粒，含植物化石。

巷道布置：工作面共布置5條巷道，分別為進風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽、切巷、低位抽采巷及走向高抽巷；工作面進風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽沿15#煤頂板布置；低位抽采巷以石灰?guī)r為底板，沿泥巖布置；切巷沿15#煤底板布置；走向高抽巷布置在11#煤層上部砂質(zhì)泥巖內(nèi)。其中工作面進風(fēng)順槽作為主運輸、進風(fēng)巷道；回風(fēng)順槽作為輔助運輸、回風(fēng)巷道；低位抽采巷、高抽巷作為開采期間的瓦斯抽放巷道。81201工作面巷道布置平面圖，如圖1所示。

采煤工藝：本工作面采用走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤采煤方法，工作面每割一刀煤放一次頂煤，實行“一采一放，追機放頂煤”的作業(yè)方式。工作面采高控制在3.5 m左右。割煤、移架、推前溜、放頂煤、收后溜、回柱放頂為一個循環(huán)，循環(huán)進度為0.865 m。

圖1 81201工作面巷道布置平面圖

1.2 工作面設(shè)備配備

工作面采用綜合機械化低位放頂煤一次采全高采煤工藝，工作面每割一刀煤放一茬頂煤，實行“一采一放，追機放頂煤”的作業(yè)方式。主要生產(chǎn)設(shè)備見表1。

表1 主要生產(chǎn)設(shè)備

1.3 工作面生產(chǎn)情況

81201工作面煤層總厚度7.39～8.88 m，平均7.7 m，靠近煤層底板1.9 m左右位置，有一層平均厚度1.7 m的夾矸，夾矸巖性為泥巖易垮落。為了保證工作面頂板完整性，一般采取采煤機沿夾矸頂板截割，但部分地段夾矸較厚超過1.9 m，必須沿夾矸中部截割［1-3］。2018年9月5日，81201工作面進風(fēng)推進至49 m，回風(fēng)推進到44 m左右時，45#～48#架夾矸較厚采煤機截割下部夾矸后，未及時過架維護頂板，上部夾矸及煤體自行垮落，造成頂板局部冒頂，上部空頂接近1 m左右，在未采取針對性措施的情況下，工作面繼續(xù)向前推進，9月7日，支架上部空頂面積增加，由于該段煤層坡度較大（7°左右），由40#～45#架出現(xiàn)支架傾斜，并向前后兩方向擴大趨勢。隨后對現(xiàn)場進行了勘測，34#架10°、36#架12°、38#架16°、40#架21°、42#～46#架24°、48#架22°，另外該區(qū)域38#、39#架，42#、43#架，45#、46#架出現(xiàn)支架“咬架”現(xiàn)象。針對此情況，隊組制定了專項措施，40#～50#架開始注膠、鋪網(wǎng)、打錨索、人工做巷及上防倒千斤等措施后，情況得到穩(wěn)定，逐步有所好轉(zhuǎn)，到9月20日恢復(fù)正常。本次事故嚴(yán)重影響生產(chǎn)，而且浪費了大量的人力、物力，同時也帶來了不安全的因素，對此采煤隊要認(rèn)真吸取教訓(xùn)，杜絕此類事故發(fā)生。

2 工作面倒架原因分析

2.1 現(xiàn)場條件影響

工作面坡度影響：81201工作面總體回風(fēng)比進風(fēng)高20 m左右，工作溜拉下坡，倒架地段（35#～48#架），煤層傾角大約在7°，由于工作面坡度影響，支架本身有向進風(fēng)傾倒的趨勢［4-7］。

工作面采高影響：81201工作面使用支架允許支撐高度為2.1～4.2 m，工作面正常采高控制在3.5 m左右，35#～48#架頂板流矸后，造成支架上方空頂，而且工作面底板較軟（砂質(zhì)泥巖），支架本身的穩(wěn)定性較差是造成倒架的原因之一［8-11］。

頂板不穩(wěn)定影響：工作面煤層中本身含有1.7 m左右的夾矸，且極不穩(wěn)定，35#～50#架一段夾矸處于工作面中上部，截割時只割一半夾矸，下部夾矸截割后，過架不及時，支架頂梁上部夾矸和煤自行垮落，造成支架升至最大高度后仍不接頂。隨工作面推進支架一直處于失穩(wěn)狀態(tài)，支架超高使用是造成支架失穩(wěn)傾倒的主要原因之一。

2.2 其它影響因素

思想認(rèn)識：管理層思想認(rèn)識不足，存在僥幸心理。對工作面回采前方煤層及頂板賦存的情況了解不足，重視程度不夠，在工作面坡度較大、可能造成倒架的地段，未采取任何防倒架措施（如調(diào)整工作面坡度、上防倒千斤，加固頂板等措施）；在工作面出現(xiàn)頂板破碎，支架上方空頂時，沒有維護頂板使支架接頂，導(dǎo)致影響范圍進一步擴大［12-15］。

管理措施：井下現(xiàn)場管理不到位，調(diào)架措施針對性不強。頂板破碎初期，煤幫、尾梁處漏矸嚴(yán)重，支架輕度傾斜，隊組沒有認(rèn)真思考造成支架傾斜的根本原因，只是簡單使用單體柱調(diào)架，但效果不明顯，支架傾斜程度越發(fā)明顯，致使支架失去支點支撐，出現(xiàn)倒架現(xiàn)象，且不斷向兩端延伸。

安全培訓(xùn)：職工培訓(xùn)需要進一步加強。本工作面是該礦首次試驗的重型放頂煤支架，對回采傾斜煤層工作面發(fā)生倒架的原因及處理預(yù)防的知識培訓(xùn)不到位，職工缺乏應(yīng)對復(fù)雜條件的操作技能和經(jīng)驗，一旦發(fā)生異常情況不能及時反饋和主動采取有效措施，也是造成倒架的一個主要原因。

3 工作面倒架處理及預(yù)防措施

3.1 工作面倒架處理措施

工作面倒架嚴(yán)重時（支架最大傾斜24°），只采用單體柱調(diào)架已不能扶正支架，必須根據(jù)實際情況采取針對性措施進行扶架。工作面必須清理干凈浮煤、浮矸，當(dāng)?shù)装遢^軟時，要在支架底座下進行支墊，防止支架因底軟失穩(wěn)。由于該工作面頂板破碎不能采用原地調(diào)整的方法，所以必須邊推進邊調(diào)整。

在35#～53#架范圍內(nèi)采取注膠措施，維護好頂板，確保頂板穩(wěn)定，孔距為3 m，孔深為3～6 m，傾角為0°～45°。提前在35#～53#架頂板鋪設(shè)金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為10 m×1 m。金屬網(wǎng)長邊平行于煤壁，長邊與上茬網(wǎng)長邊搭接0.5 m，短邊搭接0.4 m，聯(lián)網(wǎng)間距0.2 m。打注頂錨索，在35#～53#架范圍內(nèi)，打注規(guī)格為φ21.6 mm×6 300 mm的錨索，若錨索張緊力達不到要求時，立刻改用 φ21.6 mm×8 300 mm的錨索進行打注，工字鋼規(guī)格為0.6 m長，11#工字鋼，每架1根，錨索布置在架間，每割一刀，打一排，排距0.8 m。

根據(jù)現(xiàn)場情況采取調(diào)架措施，調(diào)架應(yīng)結(jié)合頂板情況，降架至適當(dāng)高度，在支架傾斜側(cè)用單體柱頭部頂住支架頂梁，單體柱末端支在相鄰支架的底座上并捆綁牢固，單體柱的兩端必須墊膠皮或板木，嚴(yán)禁金屬直接接觸；先緩緩送液，待單體柱撐緊后，人員躲到距離單體柱5 m以外的支架間，遠方操作單體柱，支架工通過支架電液控制面板遠距離同時操作支架和防倒千斤直至扶正，升起支架，回掉單體柱。調(diào)架過程中要注意伸出支架前探梁和護幫板維護頂板，同時調(diào)整好架間距，35#～53#架必須伸出側(cè)護板，防止支架被擠死，調(diào)架過程中不得出現(xiàn)錯茬架，當(dāng)支架出現(xiàn)錯茬時應(yīng)及時進行二次調(diào)架。如果遇到煤幫松軟，無法使用采煤機割煤的情況，改用人工做巷的方法進行推進，調(diào)架措施按上述要求進行。

3.2 工作面預(yù)防倒架措施

根據(jù)地質(zhì)部門提供的資料，若工作面機頭、機尾高差大時，應(yīng)及時調(diào)整盡量減小工作面傾斜角度，當(dāng)工作面局部底板較軟時，可在支架底座下墊木料。工作面回采過程中，煤壁出現(xiàn)滾幫大、頂板破碎的情況，應(yīng)及時采取注膠穩(wěn)固煤壁。若空頂面積超過規(guī)定時，要及時提前移架，減小前方煤壁的長時間空頂，防止大面積冒頂事故的發(fā)生。

工作面頂板破碎時，應(yīng)及時采取上木梁或板木使支架接頂嚴(yán)實的措施，防止支架超高使用和冒頂事故的發(fā)生。根據(jù)工作面回進風(fēng)高差，及時調(diào)整工作面?zhèn)涡苯牵乐挂蚬ぷ髁镒痈Z溜而引起支架歪倒下滑。在工作面回采前，必須組織全體職工對采煤作業(yè)規(guī)程、安全規(guī)程、崗位操作規(guī)程及相關(guān)的事故案例等進行培訓(xùn)，不斷提高職工理論水平和實際操作技能，提高職工現(xiàn)場遇到突發(fā)事故時分析問題、解決問題的能力。當(dāng)開采大傾角煤層的工作面時，液壓支架除了滿足初撐力的要求外，還要考慮到在坡度較大的區(qū)段加裝防滑防倒裝置、良好的擋矸護幫裝置、完備的調(diào)架裝置等。

4 結(jié)語

開采大傾角工作面時，工作面能否順利回采、按期達產(chǎn)，液壓支架的管理至關(guān)重要。因此，在日常工作中對工作面地質(zhì)條件和設(shè)備狀況要充分了解，管理上足夠重視，提前做好支架傾倒預(yù)防工作，一旦發(fā)生狀況，能夠及時采取措施，防止倒架事故的發(fā)生或范圍的擴大，從而保證工作面始終處于比較穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)，達到高產(chǎn)高效的目標(biāo)。