綜采工作面液壓支架防倒防滑以及防壓架技術研究

＊樊振興

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦 山西 030000）

液壓支架在煤礦綜采工作面承擔著重要的支撐作用，它是保障煤礦綜采工作面安全生產的重要設備，確保液壓支架的穩定可靠布設對綜采工作面安全采煤意義重大。對于部分礦井綜采工作面，受巷道頂底板條件的影響，如頂底板巖性較弱，為泥巖粉砂巖組的，以及綜采工作面傾角較大等不利因素的影響，在工作面回采期間液壓支架易出現歪抖下滑和壓架等問題。對此，相關學者進行了大量研究，如趙榕[1]評價了大傾角綜采工作面液壓支架穩定性及適應性；劉晉平[2]分析了液壓支架的頂梁強度并進行了液壓支架的優化設計。但很少有學者專門針對液壓支架的倒滑原因及壓架原因進行分析，并研究液壓支架的防倒滑及防壓架措施，對此，下文以西山煤電集團某礦1201綜采工作面液壓支架倒斜情況為例，分析了液壓支架倒斜原因并提出了一系列具體防治措施，進而達到更好的防治液壓支架倒斜的目的。

1.工程概況

西山煤礦一煤礦礦區的可開采煤層為1號煤和2號煤兩層煤。井田的地質結構十分特殊，在開采中受到地區構造帶的嚴重制約。

1201井田內的煤層頂板以砂質泥巖、炭質泥巖和泥巖為主。底板巖中的主要成分為細砂巖、粉砂巖和泥巖等。該工作面煤層的平均厚度為6.7m，煤層傾角為16°～18°，在煤層中存在4～6層夾矸，夾矸的厚度分布在0.3～1.15m，夾矸的總厚度在2.03～2.99m，其中夾矸巖性以泥巖、炭質泥巖和少量的粉質泥巖為主。煤層劃分為5～7個小煤層，煤層含煤厚度為3.17～5.1m，平均煤層厚度超過4.13m，煤層含煤率62.0%。表1為2煤頂板巖性的穩定性分類。

表1 2煤頂板穩定性分類

根據資料[3]，1201、1101兩順槽巷道的2個煤段、1個煤段的2個順槽巷，在掘進過程中，發現了27個斷裂，其落差范圍為1～3.5m，走向為NW。其中，1201工作面在施工過程中，有9條斷裂在0.5m以上，4條對回采有重大影響，F9逆斷裂的最大落差為1.9m。

對1201煤層的物理性質、復合結構及結構特點進行綜合分析，發現很容易出現煤層分層現象。由于工作面頻繁出現漏頂問題，導致工作臺支撐作業不穩，對技術管理和安全生產都產生了很大影響。

依據1201工作面頂板巖石特性和頂板分級，現有1201綜放工作面的頂板是一種非常不穩定的復雜頂板。基巖主要是砂質泥巖和粉砂巖。2號煤層的巖體完整性較差，裂縫較多，機械強度較低。巖體的普氏硬度指數為1～3，屬于較弱的巖體，并存在較強的吸水性和膨脹性。

結果表明：1201綜放區的裂隙可以穿透頂、底板，極大削弱了巖石的整體穩定性，造成頂板坍塌和底板損壞。煤層冒頂、底鼓等原因，使煤田的巖體變形、礦壓顯露，使油壓支承出現歪斜、咬架、壓架、作業難度大等問題。當某一支架出現傾覆、壓死的情況，因支架之間的連接關系，如果支架歪斜、壓死事故處理不到位，致使頂板支護失效，則會造成更加嚴重的頂板事故。

2.軟巖頂板管理

(1)回風順槽超前支護

由煤墻向外支撐2行50m的架棚支護（取決于頂板壓力和破碎的實際情況），一梁一柱：JHDB-1200鉸鏈式頂梁與DW3.15/250-100X型單體液壓撐桿支撐著T形支架，其走向棚距巷中線的間距為1.1m。間距2.2m，柱距1.2m，一列15m，下幫一列橫梁支撐距136架側面護壁不超過0.3m。

(2)運輸順槽超前支護

從煤墻往外推2列32m的預應力支架（需要充分考慮電機、減速箱的因素），一梁一柱；選用JHDB-1200組合頂梁與DW3.15/250-100X型單體液壓支架支撐T形支架。柱距1.4m，柱距1.2m，下幫一列架子支撐距煤墻0.7m；從裝載機內側到外邊的一列向式棚棚，由架棚至巷道上幫間隔0.4m，長度20m。

(3)上、下出口端頭支護

下部端頭由JHDB-1200鉸鏈式吊桿與DW3.15/250-100X型單體液壓撐桿支撐2行T形支架，并在2列導軌上進行加固。從下幫一列向棚子在切頂線上開出，與下幫相隔0.7m，而在另外一列走向棚與末端油罐之間的間距不超過0.5m，兩個方向的棚間距不低于0.8m。

上部結構為JHDB-1200組合頂梁，與DW3.15/250-100X型單體液壓撐桿支撐3列向T形棚棚，下部一排架棚與端頭油壓支架不大于0.5m，在中段挖出一列架棚，在上邊為一列架棚，在離巷中線1.2m處設置，并按頂板的位置增加支護密度。

(4)切頂線特殊支護

兩順槽切頂線采取一梁兩柱，先支后回護的方法，對其進行合理切割。單根立柱的規格為DW3.15/250-100X型。在支撐過程中，應將鋼柱與頂板接實并接平，如有需要，可用后板、半圓木、舊道板等作支撐。在體液壓支柱支撐下，若鉆孔深度超過100mm，則應使用塑鋼橡膠鞋套。

(5)兩順槽隅角頂板管理

工作面上、下隅角一般采用手工回填，如有需要，可采取機械回填。每一個工作班次都需要安排專門的工作人員進行行頂、幫的超前脫錨的工序，提早脫錨超過2排（1.6m），而錨索超過2排。

上下隅角處的懸吊面積不得大于10m2，當兩順槽采空區發生頂板塌陷不足或5m以上時，必須采用防風墻。當出口脫錨時，需要對可以拆除的錨桿進行及時拆除，確實難以拆除的，需要進行破壞性切割，避免加快頂部的坍塌。

(6)支護監測

為確保工作面的有效支撐，在采場區設置了礦井壓力監控系統。其裝置形式如下：①每10個機臺上設置1套KJ90-F16（D）型礦壓數字自動化取樣裝置；②在支架的控制閥上加裝GPD60型氣壓表，監測支架阻力、頂板變化、支架幾何參數等；③采用GL1W300W無線移動式圍巖儀和GMY400礦用索）壓力傳感器，在兩條順溝間間隔50m處設置一套GL1W300W監測巷道的礦壓顯示狀況。

3.綜采工作面支架傾倒的主要原因及支架傾倒事故處理對策

(1)綜采工作面支架傾倒的原因分析

1201綜放工作面內，支架倒架的成因是多方面的，而且往往是相互耦合的。支架的倒塌有如下原因：

①采高與傾斜角的制約。1201工作面因開采高度與煤體傾斜度較大，支撐體的穩定性較低，造成了支撐力的合力作用與其自身的中心位置產生了扭矩，從而使支架容易發生傾斜。但即便是小傾斜角，如果液壓支架基座沒有正確地設置，頂部底面平整程度較差也會造成支架的倒塌。

②由頂板的情況決定。在頂板狀況較差的情況下，在回采期間，部分工作面會發生冒頂，這時，即使支撐柱的最大行程也無法與頂板連接，也會造成支架傾斜的事故。尤其是當工作面傾斜角度大于16°時，隨著傾斜角度的增加，工作面上的頂板冒落次數也隨之增加。在移動機架時，機架的傾角也會更大，造成傾斜的概率增加。

③受到地基松軟的制約。在開采過程中，由于開采底板較軟，浮矸過多，容易使支座下陷，使支座受力不均勻，從而影響支座的穩定，并容易出現倒架情況。

④支架的使用方法也是導致其發生傾斜的重要因素。在工作面傾角超過16°的情況下，無法保證液壓支撐裝置的性能，一旦出現操作失誤，可能出現大規模的連鎖效應，并導致嚴重的倒架事故。

(2)綜采工作面液壓支架傾倒處理方法與對策

①利用單體支柱穩固。如果工作臺的液力支撐裝置發生微小傾斜，在移動的時候，可以將支撐桿扶正。在移架之前，采用單立柱支撐的頂梁，在移架過程中，通過單個單元進行調整。②合理使用水力起重裝置對液壓支架進行調整。在工作臺液壓支架發生較大傾角的情況下，采用水力千斤頂進行適當的調節和校正。在液力支撐的上面，還可以使用一個起重裝置來調節吊桿的平衡。當前大部分油管支架都設有防翻機構，應該對其進行適當應用，最大限度地防止倒架事故的發生。

總之，如果出現倒架情況，一定要立即進行處置，避免引起連鎖效應，造成大面積的倒架跌落。

4.綜采工作面發生壓架的主要原因及事故處理對策

（1）綜采工作面發生壓架的主要原因是液壓支架的活柱被壓到沒有沖程，從而使其不能繼續向下移動。

通過對1201采區壓架出現的問題進行剖析，發現產生壓架的主要因素有：一是采區煤體頂部較硬，不容易塌陷，容易使頂板露出，支承力量不夠，隨之工作面頂板壓架。二是由于采煤器在采煤過程中沒有對采高進行有效管理，導致采高超過支架的最大支撐，導致支座無法與實際頂板對接，使采場頂板冒落現象難以控制。由于底板浮煤、浮矸過多，支架無法對頂板進行有效支承，導致頂板的離層崩塌，巨大的沖擊力將支架壓碎。三是由于采場煤體不同，以及不同的地質條件，在支座作業和應用中，支撐桿的伸縮能力達不到要求，頂板一次壓力就會導致支座被壓。

根據以上原因，較早地采取必要防治措施具有實踐的必要性，如強制放頂，加強支架立柱維護，嚴格控制采出等。如遇到頂板出現部分突起，應采取圍護措施，清除浮煤和浮矸，并采取人為措施，以改進支護結構的外在環境，避免出現壓架意外。

（2）綜采工作面壓架事故處理方法及對策。①增加支持壓力。在1201采場頂板破裂區內，采用一張鐵絲網制造的假頂，然后由一條或多條單桿支承于受壓的油管頂梁下，將液體輸送到被壓碎的油管柱上。增加支承壓力，反復抬起支柱，逐步放松頂板，從而使承壓支柱得到少許沖程，然后將單個支撐件收回，就可以將支撐件向前移動。采用這種方式，盡管其作用是顯著的，但若在支撐的上部橫桿下面，則必須豎向支撐，然后在支柱和頂梁之間增加支撐裝置，避免支柱的滑移造成人員傷亡。

②挑頂法。在采場頂板條件許可時，可采用爆破挑頂的方式對壓架進行處理。在爆破過程中，應分批進行，每一次裝藥量都不能太大，以免造成頂板松動，此時，將柱子抬起，進行拉架。施工過程中，嚴禁不打孔，直接將炸藥、雷管置于頂板與頂板之間進行爆破崩頂，必須嚴格遵守《煤礦安全規程》中有關采掘工作的相關規定。

③挖底法。當工作面頂板狀況較差時，可以采取挖底的方式來處理壓架。在基座前底板上打淺孔，采用少量炸藥進行爆破。爆破后將坍塌的碎石取出，讓基座降低，等立柱恢復一定的行程后，才能移動支架。

5.綜采工作面液壓支架上竄下滑的主要原因及事故處理對策

（1）綜采工作面液壓支架上竄下滑的主要原因。當液壓支柱在綜采工作面上的工作時間超過一定區間，將會出現明顯的上竄下滑現象，即使工作面的傾角較小，并采取一定的措施進行加固，仍然難以有效抑制煤炭輸送設備及支架極易出現上竄、滑脫現象。根據現場實際情況和現場觀察，對設備滑動的主要原因進行了分析：在固有重力作用下，傾斜工作面上的設備長時間運行易出現下滑趨勢。同時，在移動臺推進式輸送機的時候，也會引起設備的向下移動。在低傾角情況下，盡管滑動不明顯，但因傳送帶的微小位移而引起的托架運動和托架發生了偏移和傾側。而偏轉的時候，就會給傳送設備帶來一種推動力。這樣會增加運輸設備的上升和下降。因此，在生產中，運輸設備和液壓支架的上升和下降，都是隨著時間的推移而增加的。

（2）綜采工作面液壓支架上竄下滑預防措施。①合理使用緊固設備。在運輸裝置長時間上升和下降工作過程中，會造成液壓支架的位置變動。由于運輸裝置的上升和下降，會導致液壓支架的運動。在輸送機的前端和尾部，一般都裝有一個固定機構，以保證運輸設備的兩個末端是牢固的。在制造時，應對其進行適當的巧妙運用，以減少無頂的發生，有效防止輸送機、支架上竄和滑動。②正確調節工作表面。因1201綜放工作面發生了16°～18°的傾角，導致井架的滑動，針對這種情況，采取的主要措施是調整工作面。也就是說，適當地調節工作面為假傾角，可以有效的消除支架滑動造成的影響。

6.結語

首先對1201綜采工作面的軟巖構造情況進行了詳細分析，并全面考慮到設備的因素，生產環境的影響，以及綜采工作面的地質情況等多方面的影響，對1201綜放工作面出現的倒架、壓架、下滑等問題進行了研究，并根據煤層地質情況及鄰近采區的礦井壓力監測數據，進行了支護的設計與計算，并針對開采過特別區域采取了綜合防治對策，為保障煤礦井下開采作業的安全，提升了井下開采作業的安全性。