五溝煤礦 ZY7600/24/50液壓支架掩護梁損壞原因分析

章 元

（皖北煤電集團公司,安徽宿州 234011）

五溝煤礦 ZY7600/24/50液壓支架掩護梁損壞原因分析

章 元

（皖北煤電集團公司,安徽宿州 234011）

五溝煤礦 1017工作面采用長壁大采高綜合機械化開采,所使用的 ZY7600/24/50型掩護式大采高支架在工作面基本頂初次來壓期間掩護梁出現(xiàn)了嚴重損壞,通過對支架支護強度、初撐力、掩護梁的受力和強度,以及使用條件進行了詳細的分析,從而在支架的設(shè)計、加工、使用等方面找出了事故的原因并提出了具體的應(yīng)對措施。

液壓支架;掩護梁;損壞;措施

Analysis of Shield Beam Failure of ZY 7600/24/50 Powered Support in Wugou Colliery

皖北煤電五溝煤礦處于淮北煤田童亭背斜的西翼中段,總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向由中北部的南北向漸變?yōu)槟喜康谋蔽飨虻南蛐?其間發(fā)育有次一級的向背斜。向斜兩翼地層西側(cè)稍陡,東側(cè)稍緩。地層傾角一般在 10～15°,僅局部達到 40°。受北東向斷層影響,井田被切割成多個寬窄不等的條塊。1017工作面所在采區(qū)煤層厚度變化較大,介于 2.6～6.9m,平均厚度4.3m,工作面長度180m,直接頂厚度 8m,基本頂為 7～8m的粉砂巖、細砂巖。該工作面采用長壁綜合機械化大采高采煤法開采,選用 ZY7600/24/50型大采高掩護式液壓支架。

在工作面推進到 32m處時,部分支架安全閥開啟,工作面基本頂開始垮落,初次來壓明顯。礦壓監(jiān)測顯示,該處支架安全閥最大開啟壓力為38MPa,平均壓力 33MPa。隨后有 15架支架出現(xiàn)不同情況的損壞,掩護梁出現(xiàn)裂紋,裂紋寬度最大達到 100mm,側(cè)推千斤頂和一個平衡千斤頂明顯折彎 （見圖 1）。

圖1 支架掩護梁裂紋

1 原因分析

（1）焊接缺陷 裂紋處焊縫為橫向角焊縫,且焊縫存在夾渣氣孔等焊接缺陷,降低了掩護梁的強度。焊縫的開焊直接破壞了掩護梁箱式結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致掩護梁側(cè)板撕裂。

（2）強度低 在初次來壓時,立柱安全閥開啟率很低,掩護梁出現(xiàn)批量破壞的情況,說明掩護梁的接彎及抗扭強度低,滿足不了使用要求。

（3）支架支護強度分析 兩柱掩護式支架由于支架使用高度降低后,立柱的傾角增加,會導(dǎo)致支架的實際支護強度降低,不同支架使用高度的支護強度見圖2。

圖2 支架支護強度變化曲線

由支護強度變化曲線可以看出,支架在 3.5m時的支護強度比 4.8m時降低約 10%。盡管如此,在工作面初次來壓時支架的安全閥開啟率很低,可見支架設(shè)計支護強度滿足工作面地質(zhì)條件要求,因此,支護強度低不是導(dǎo)致支架損壞的原因。

（4）支架扭矩分析 從支架掩護梁的破壞形式看,主要為承受扭矩時發(fā)生破壞。圖 3為ZY7600/24/50型掩護式液壓支架在不同支撐高度時,在頂梁偏載工況下頂梁和掩護梁的扭矩圖。由圖可以看出,支架高度在 5.0～3.0m范圍內(nèi)變化時,頂梁的扭矩變化不大,而掩護梁的扭矩卻增加了 68%?？梢?支架在支撐高度達到 3.0m時,工況比較惡劣,是掩護梁發(fā)生破壞的原因之一。

圖3 頂梁、掩護梁在頂梁偏載時的扭矩曲線

（5）支架初撐力分析 支架初撐力是保證工作面頂板穩(wěn)定和控制頂板下沉量的關(guān)鍵因素之一。足夠的初撐力不但能維護頂板的完整性,而且能控制頂板的下沉速度。從圖 4可以看出,ZY7600/ 24/50型液壓支架在 3.5m左右的高度時的初撐力較 4.5m高度時初撐力低 5%左右。初撐力的降低導(dǎo)致頂板下沉速度增加,從而使工作面工況更加惡劣,來壓加劇。

圖4 支架初撐力變化曲線

（6）工作面過斷層 工作面初次來壓時,距離采面前方 30m左右,有傾角 65°,H=4.2m的斷層,完全橫貫工作面。斷層的存在,工作面基本頂?shù)臄嗔验L度增加,并且回轉(zhuǎn)形態(tài)發(fā)生變化,從而造成工作面壓力增加。

2 應(yīng)對措施

基于上述原因,并根據(jù) ZY7600/24/50型掩護式支架的具體損壞情況,在保證工作面正常生產(chǎn)的前提下,提出如下應(yīng)對措施:

（1）焊接加固。首先對損壞嚴重的 5架支架進行補焊,保證支架功能的實現(xiàn)和工作面正常回采;其次,對剩余損壞支架利用工作面檢修時間進行加固處理。

（2）凡是損壞的支架掩護梁用單體液壓支柱加以輔助支護,并采用遠距離操作。

（3）過斷層時,支架工作狀態(tài)更加惡劣。有關(guān)部門在生產(chǎn)過程中詳細制定了工作面過斷層安全技術(shù)措施,并嚴格執(zhí)行。

（4）支架高度的降低,會造成掩護梁扭矩的增加,受力狀態(tài)的惡劣,因此,在條件允許的情況下,盡量保證支架工作高度控制在 4.0～4.5m的范圍內(nèi),以減小支架掩護梁的扭矩。

TD 355.4

B

1006-6225（2010）02-0066-02

2009-11-03

章 元 （1966-）,男,安徽巢湖人,工程師,現(xiàn)在安徽皖北煤電股份有限公司生產(chǎn)技術(shù)部從事采掘機械化技術(shù)管理工作。

[責任編輯:張銀亮]