李国刚
【摘 要】针对小峪煤矿8201大采高综采工作面液压支架出现倒架情况进行详细分析,提出了详细的防止倒架措施.采用防止倒架措施后,经过8d的推进,回采面液压支架得以扶正,取得了良好的应用效果. 【期刊名称】《江西煤炭科技》 【年(卷),期】2019(000)002 【总页数】3页(P178-180)
【关键词】大采高综采;液压支架;倒架;构造影响 【作 者】李国刚
【作者单位】大同煤矿集团朔州煤电有限公司,山西 朔州 038300 【正文语种】中 文 【中图分类】TD355+.4
大采高综采相对于厚煤层分层开采具有开采效率高、巷道掘进工程量小、巷道布置简单、开采流程简单等优点；相对于综放开采具有煤质质量好、煤炭回收率高、便于对煤层自燃防治等优点，是实现厚煤层回采工作面高产高效的重要手段[1]。液压支架是大采高综采工作面的核心设备之一，对保证回采的安全具有重要意义[2]。在工作面回采推进过程中，若液压支架出现倒架情况，需要耗费大量的时间以及人力、财力进行处理，严重影响回采工作的安全高效进行[3-5]。本文以小峪煤矿
8201回采工作面为实例，在开采过程中受地质构造影响，出现倒架事故进行分析，并针对现场情况提出了相应的防治措施。 1 工程背景
小峪煤矿8201大采高综采工作面开采8号煤层，煤层平均厚度在6.6m，平均倾角为6°，属于近水平煤层，煤层中部含有1～2层夹矸，煤层结构较为简单，煤层硬度值（f值）为1.5。回采面的主要设备见表1。设计的回采工作面走向长度在1200 m，倾向长度在220m。工作面采用大采高一次采全高开采工艺进行回采，开采的平均厚度在5.76m，由于回采工作面受到向斜构造影响，回采面在推进过程中呈现出俯斜开采趋势。回采面采用的液压支架型号为ZY15000/33/72，重量达到68000 kg，最大支撑高度在7200mm，具体的液压支架主要参数见表2。在回采过程中由于受到向斜构造影响，回采面液压支架出现倒架情况，造成该回采面出现3个月停产，严重影响了矿井产量。
表1 回采面主要设备名称 型号 名称 型号采煤机 MG1100/2860-WD 液压支架 ZY15000/33/72刮板机 SGZ-1250/3600 转载机 SZZ-1350/525破碎机 PLM4500 皮带输送机 DSJ-140/230
表2 液压支架主要参数工作阻力/kN 15000 底座比压/MPa 2.4～2.8初撑力/kN 12370 支架中心间距/mm 2050质量/t 68最小/最大支撑高度/m 3.3/7.2支护强度/MPa 1.22～1.35项目 参数 项目 参数 2 倒架原因分析 2.1 向斜构造影响
在回采推进过程中由于受到向斜构造作用作用导致煤层顶板较为破碎，工作面开采引起的动压进一步使得顶板破碎程度。在回采面进入到向斜影响较为明显的区域之后，回采工作面顶板从机尾处开始出现较大范围的伪顶，厚度在500mm，伪顶随着煤层开采出现垮落的现象比较严重，随着回采的继续推进，影响范围从机尾向机
头出扩散。由于煤层开采厚度较大，煤层伪顶垮落之后造成直接顶出现一定程度破碎。直接顶破碎引起的裂隙及向斜的作用引起煤层顶板中的裂隙水向回采空间渗出，进一步加剧了顶板的破碎程度。同时在向斜作用下，回采面开采呈现出俯采状态，加之支架与煤层顶板之间的接触不良，支架的工作阻力低，很容易造成支架的重心向回采面侧倾斜，严重时导致支架向回采面侧倾倒。 2.2 支架支撑高度影响
8201回采面使用的ZY15000/33/72支架最大的支撑高度在7200mm，在支架的连接部件之间均有一定的空隙存在，支架的支撑高度升值7200mm时，支架顶梁部位的重心点位置约在高度为6300mm位置，在支架受到煤层上覆岩层下沉的作用力下，支架的重心位置会出现一定的偏斜，重心的偏向量与支架是否出现倒架有较大的关联；同时开采的煤层平均厚度在6.50m，回采面开采设计时未充分考虑到向斜构造影响下煤层顶板破碎且容易冒落，造成支架的顶梁与顶班接触不良，支架的工作阻力值偏低，出现倒架情况。 2.3 刮板输送机不平直
工作面正常的回采工作受到地质构造作用的影响比较显著，在回采面过向斜构造初期，回采工作面的刮板输送机中部槽就存在后错问题，在对支架进行拉架时，由于拉架的作用力造成刮板机中部槽的后错量更大，造成回采面机头以及机尾处液压支架有向前移动趋势，加之俯斜开采、支架的工作阻力偏低、支架重心向回采面便宜以及重心高度过高等因素综合作用，从而致使液压支架出现倒架情况。 3 防止倒架措施 3.1 顶底板控制
回采面液压支架出现倒架，大多发生在地质构造较为复杂区域，煤层顶底板岩性以及结构出现较大变化时引起支架倒架的一个重要原因，因此可以根据煤层顶底板情况采用有针对性的治理措施。
（1）煤层顶板破碎
在回采过程中遇到顶板较为破碎时，回采面液压支架的工作阻力往往偏低，容易造成煤壁出现片帮，可以采用注浆加固措施来加固煤壁及顶板。具体布置为：在回采工作面每隔3个支架布置一个注浆钻孔，注浆钻孔深度在8m，注浆材料选用水泥单液浆。在注浆同时在回采面顶板施工锚索、在煤壁上施工玻璃钢锚杆，防止支架顶部出现空顶情况，保持液压支架稳定，必要的时候可以在顶板上布置金属网，维护顶板稳定。 （2）煤层底板松软
对于煤层底板较为破碎或者存在积水时，在对支架进行移动过程中需要在支架底座下布置垫板，不仅可以增加底板的强度而且还能防止支架底座出现钻底情况，同时也可以对支架的偏斜角度进行一定的纠正。 （3）预先支护巷道顶板
当回采面出现倒架进而造成咬架，移动支架较为困难时，强行的扶正支架难度较大，可以采用在回采面前方煤体预先掘进一段巷道，对煤层顶板进行超前支护，对煤层顶板进行改造，从而改善支架倒架状况。例如，在工作面回采过程中，中部的56#～63#支架出现咬架情况，从50号支架开始，向前方煤体掘进深度为3m，高度为2.5m的短巷，掘进距离煤层底板高度约0.8m，短巷施工到位之后再由49号支架相向70号支架方向进行炮掘，掘进空间支护采用锚索+钢筋网+钢梁支护方式，待掘进到70号支架之后，采用割煤机对掘进空间内的底煤进行清除，利用前方较大的空间来纠正出现咬架，见图1。虽然采用上述方式需要耗费大量的时间，但对于由于倒架引起咬架却能起到较好的治理效果。 图1 咬架处理 3.2 支架重心调节
支架重心的位置与支架支撑高度由密切关系，同时受到开采高度的制约。大采高液
压支架跟普通液压支架的一个明显区别就是大采高支架的支持高度以及支撑强度较大，工作重心偏高。同时由于支架内部连接部件之间存在有间隙，在对拉动支架过程中支架的重心会出现一定的偏移，可能就会导致支架失稳而出现倒架。 图2 不同高度支架倒架力矩分布
图2中G表示支架的重量，当支架支撑高度为M1时，支架重心点位置为P，此时，由于支架重力作用会向回采面产生一个水平分力F1，力壁长度为H，此时，水平方向的力矩（倒架力矩）为N1=F1·H；当支架支撑高度为M2时，支架重心点位置为Q，此时，由于支架重力作用会向回采面产生一个水平分力F2，力壁长度为h，此时，水平方向的力矩（倒架力矩）为N2=F·h。M1＞M2，显然，F1＞F2，H＞h，由此可以判断N1＞N2。适当的降低支架的支撑高度可以有效的降低支架重心偏移引起的倒架力矩值。
在地质条件较为复杂，煤层顶板较为破碎，支架顶梁与顶板接触不良地段时，适当的降低回采高度，可以有效的对支架重心位置进行控制，同时也可以优化支架的受力，使得支架顶梁与上部煤层紧密贴合。当支架出现倒架倾向严重时，合理的开采高度宜为保证采煤机正常工作高度。 3.3 回采管理
8201回采面出现倒架的与刮板机管理存在较为直接关系，在正常推进过程中应做到“三直”减少刮板机的不平整度；同时由于回采面中部受到顶板水影响较为明显，顶板较为破碎，底板也较为松软，采煤机司机在开采这段范围时，未能及时的降低割煤高度，导致煤壁出现片帮，因而引起回采面顶板出现冒落，支架顶梁处于悬空状态，影响回采工作的正常生产。在正常的推进过程中应加强对采煤作业整个过程的管控，值班领导以及检查人员应对复杂地质条件下工作面的工作质量进行严格管控，保证三机的平直，对于回采面机头以及机尾位置应经常进行测量。 4 工程实践
由于受到向斜构造、开采深度过大、顶板较为破碎、底板较为松软等综合因素作用下，8201回采面支架出现倒架情况，一度严重的制约矿井产量，通过对倒架原因进行分析总结，及时吸取教训，采用煤壁施工玻璃钢锚杆、注浆加固、在支座底部布置垫板、预掘巷道治理咬架等措施，以及严格对采煤作业过程进行把控，特别在地质影响明显段，将采煤高度降低至4.2m。回采面经过8d的推进，将液压支架扶正，回采面支架的倒架倾向得到显著控制。扶正后回采面每天保持3.2 m的推进速度，保证了矿井煤炭产量。 5 结语
大采高回采工作面由于开采高度较大，在受到地质构造影响时，支架的重心容易出现偏斜，严重时会造成支架倒架情况。可以根据回采面具体地质情况，采用降低开采高度、注浆加固、保证采煤作业质量等综合措施，来达到预防的目的，防止倒架事故发生，提升矿井的开采效率以及安全生产水平。
【相关文献】
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