2311綜放工作面過陷落柱支架穩定性控制技術

姚 鑫

(潞安環能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

綜放開采具有開采效率高、推進速度快、頂板管理簡單等優點，是厚煤層開采的主要方法。但當開采大傾角厚煤層時，如何確保綜放支架的穩定，一直是制約該類煤層高效回采的一個不利因素[1-3]。特別是開采遇到斷層、陷落柱等地質構造時，圍巖完整性、穩定性降低，支架更容易出現傾倒，造成生產中斷[4-5]。本文以常村煤礦2311綜放工作面過陷落柱為工程背景，對大傾角綜采工作面支架穩定性控制技術進行分析，以期能為類似大傾角綜放開采工作面支架穩定性控制提供一定指導。

1 工程概況

2311工作面地面標高為+949.3～+955.2 m，工作面標高為+419.3～+515.7 m，埋藏深度為436.6～523.9 m。工作面可采長度1 469.2 m，傾斜長300 m，工業儲量365萬t，可采儲量340萬t。根據兩巷煤厚探測得平均煤厚5.92 m，采高(3.2±0.1) m，循環進度0.8 m，工作面回采率93%。

切眼內最大坡度為18.5°，高差69.5 m，切眼靠近機頭側213.3 m范圍坡度最小為11.2°，最大坡度18.5°；靠機尾側88 m范圍最大坡度9.5°。切眼實測剖面見圖1。

圖1 實測剖面

根據實際揭露情況顯示：膠帶巷距切眼112.3 m位置發育有X63陷落柱，預計工作面回采距原切眼107.4 m位置，距膠帶巷9.6 m位置率先揭露該陷落柱；軌道巷距原切眼208.9 m位置發育有Fj208(H=0.5 m，∠55°)正斷層；高抽巷距原切眼277.5 m位置，發育有Fj227(H=0.4～0.8 m，∠45°)正斷層；高抽巷距原切眼505.3 m位置，發育有Fj225(H=0.5 m，∠55°)正斷層；工作面內部距切眼1 439.6 m、1 774.5 m位置可能發育有DX22-5、DX22-4陷落柱。斷層及陷落柱參數見表1，表2。

表1 斷層參數

表2 陷落柱參數

工作面采用ZF8000/20/38型普通液壓支架198組和ZFG9600/23/38型排頭(尾)架8組(排頭架4組、排尾架4組)，采煤機為MG400/930-3.3D型，刮板輸送機為SGZ1000/2×1000型，膠帶輸送機為DSJ140/230/3×400型。

2 液壓支架失穩分析

液壓支架在使用過程中失穩主要是由于支架受到外力的力矩出現不平衡，造成支架沿著某點或者某線出現轉動，其實質為支架在傾斜方向、垂直斜面間的作用力力矩不平衡[6]。具體的支架受力模型見圖2。

圖2 支架受力力學模型

圖2中B、C、h分別表示液壓支架的寬度、重心高度、支架高度；O點表示支架在力矩平衡條件下的底座反力作用點。當液壓支架受到的力力矩處于平衡狀態時，支架在O點處旋轉處于力矩穩定條件。

正常情況下液壓支架受到自身重力(G)、覆巖對支架壓力或支架工作阻力(P)、頂梁與頂板巖層摩擦力(f2)、底座與底板板巖層摩擦力(f1)作用。液壓支架各個作用力作用時不發生傾倒的力學條件為：

(1)

其中：f2=μPcosα

(2)

對公式(1)、(2)簡化得到：

(3)

確保泵站可以提供足夠動力，支架移架時應采用少降快拉方式，使得液壓支架具備一定的支撐阻力，確保支架頂梁可以貼合頂板巖層摩擦移動，實現不降架或少降架快移，當移動至設計位置時立刻升起支架，及時對頂板及煤壁進行支護，降低支架移動過程中給頂板造成的損壞。

支架支撐頂板時充分發揮側護板作用，及時對支架架間距離及方向進行調整，降低架間漏矸量，使得支架頂梁與頂板充分接觸，受力均衡，從而避免支架出現失穩情況。

3 過陷落柱支架穩定性控制措施

3.1 采面調斜

大傾角采煤大溜下滑是導致支架失穩的重要原因。防止大溜下滑的關鍵是調斜，因該工作面設計為負偽斜，膠帶巷比軌道巷長6 m，回采時膠帶巷比軌道巷最少要多推進27 m才能完成調斜，結合現場情況，采用“大調斜”思路，即持續錯機頭、偶爾錯機尾，錯機尾作為調節工作面直線，當機頭推進24 m、機尾推進2.6 m，前溜下滑達最大值830 mm后，大溜的上竄下滑得到有效控制，并開始緩慢向機尾方向竄動；當機頭推進28.8 m、機尾推進2.6 m后，前溜下滑達770 mm；當機頭推進60.8 m、機尾推進22.9 m時，前溜下滑580 mm，工作面調斜完成，經計算：該工作面偽傾角控制在5°，大溜開始向機尾竄動；當機頭推進78.4 m、機尾推進44.7 m，前溜下滑400 mm，開始甩機頭(錯1個機頭2個機尾)，機尾向機頭單向頂溜；當機頭推進114.4 m、機尾推進87.9 m時，機頭長短調整至最佳，并全部完成支架的調向，開始過陷落柱。

3.2 頂板及煤壁注漿

為了確保陷落柱影響附近頂板及煤層穩定，分階段進行了注漿加固。

當采面膠帶巷掘進揭露陷落柱時，即開始對煤層及頂板進行注漿加固，加固共用水泥45 t，改性液250 t，水玻璃9桶。

回采工作面初采期間為了確保支架穩定，提升頂板、煤墻完整性，在切眼機頭段加注大成Ⅰ號漿液，共注入30 t。

當回采工作面推進至距離陷落柱30 m時，即對陷落柱底板進行注漿，防止回采底板導通奧灰水，共施工鉆孔數28個，注水泥10 t、水玻璃2 t。

當陷落柱進入采面超前影響區域后，即陷落柱與采面間距為20 m時，在陷落柱機頭靠老塘方向煤巖結合面處加注大成Ⅰ號漿液，共計5 t。

通過注漿加固，提升了陷落柱影響范圍內的煤巖體穩定性，避免了出現支架失穩、涌水等問題，提高了采面生產安全性。

3.3 其他穩定性控制措施

1) 排頭架防倒：在排頭1號架幫打設單體柱進行輔助防倒；排頭支架上斜拉式防倒裝置。

2) 機頭段聯網：機頭至150號架聯網，增強頂板完整性，后經試驗一周后，改為機頭至50號架聯網。

3) 排頭4組架安裝防倒油缸和擺架大鏈。

4) 對普通支架進行設備改造，每7組支架增加防倒千斤頂和防倒鏈。

4 支架穩定性控制效果分析

2311工作面過斷層及陷落柱時，由于煤層及頂板巖性破碎，液壓支架容易出現失穩，通過采取支架穩定性控制措施后，支架穩定性顯著提升。通過監測支架工作阻力得出，在采面過斷層、陷落柱時支架的初撐力、工作阻力呈正態分布，表明支架受力狀態均衡，受力狀態完好。采面液壓支架工作阻力最大為6 526.3 kN，均值為5 986.2 kN，分別為支架額定工作阻力的88.5%和83.2%，支架支撐頂板的作用顯著發揮，同時支架未出現歪斜、傾倒等不良現象。

5 結 語

針對常村礦大傾角工作面在過地質構造時，通過嚴格控制采高、提高支架工作阻力及采面調斜、注漿加固、帶壓移架等措施，避免了頂板、煤壁垮落及片幫，提高了采面液壓支架穩定性，保障了工作面的安全高效回采。