淺析大采高支架穩(wěn)定性的影響因素及控制措施

張 楊,劉建明,種德雨,代華明

(中國礦業(yè)大學(xué))

淺析大采高支架穩(wěn)定性的影響因素及控制措施

張 楊①,劉建明,種德雨,代華明

(中國礦業(yè)大學(xué))

針對大采高綜采支架的穩(wěn)定性問題,探討了大采高支架傾倒的影響因素,給出了一些控制條件,提出了大采高支架傾倒控制措施,對煤礦大采高工作面控制支架傾倒具有指導(dǎo)意義。

大采高;綜采支架:穩(wěn)定性;影響因素;控制措施

制約大采高開采高度的因素是多方面的,其中,大采高綜采支架的橫向失穩(wěn)問題是生產(chǎn)實(shí)踐中迫切需要研究解決的難點(diǎn)之一。支架橫向失穩(wěn)的主要表現(xiàn)形式是高架傾倒,即高架頂梁與底座發(fā)生相對線位移,其傾倒特征、方式及程度受眾多因素影響,主要有:底板傾角、采高、支架重心高度、支架位置等,這些因素有時(shí)單獨(dú)作用,有時(shí)交互作用,使高架傾倒問題變得很復(fù)雜。

1 大采高液壓支架穩(wěn)定性事故分類

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,大采高支架穩(wěn)定性問題可分為兩大類,即橫向穩(wěn)定性問題和縱向穩(wěn)定性問題。

1)橫向不穩(wěn)定,是指高架頂梁相對底座偏離原橫向設(shè)計(jì)位置。有以下3種具體情形:

a)頂梁與底座發(fā)生相對角位移,即高架在走向方向上歪扭,屬橫向歪扭。

b)頂梁與底座發(fā)生相對線位移。即高架沿傾向傾倒,屬橫向傾倒。

c)頂梁平面相對底座平面有一橫向夾角,頂梁與底座不平行。

2)縱向不穩(wěn)定,是指高架頂梁相對底座偏離原縱向設(shè)計(jì)位置。有以下3種具體情形:

a)支架向煤壁方向傾倒。

b)支架向采空區(qū)方向傾倒。

c)頂梁平面與底座平面不平行,存在一個縱向夾角。

2 高架傾倒的影響因素與控制條件

高架傾倒是大采高液壓支架橫向不穩(wěn)定的主要表現(xiàn)形式?，F(xiàn)場觀測表明,高架傾倒在大采高綜采工作面表現(xiàn)為向上或向下傾倒兩種形式,兩者均占一定的比例。高架傾倒的影響因素主要有:

1)工作面采高。大采高綜采工作面隨著采高的增大,支架的重量加大,側(cè)向活動空間加大。在給定架型的條件下,支架的重心隨采高加大而升高,但底座的寬度不變或變化很小,當(dāng)支架傾斜或受復(fù)雜力時(shí),其穩(wěn)定性變差。同理,在給定采高的前提下,支架的重心越高,其穩(wěn)定性也越差。

2)煤層傾角。在有傾角的工作面,隨著傾角的加大,支架會沿底煤層底板下滑,在回采工作面,由于頂梁間排列緊密并且有側(cè)護(hù)板的約束作用,而底座之間的間隙較大,造成底座失穩(wěn)下滑。因此,支架的下滑往往發(fā)生在立柱支撐力小或無支撐力時(shí),如發(fā)生在支架上方頂板冒空或移架過程中。

3)地質(zhì)因素。由于地質(zhì)因素的影響,頂板在下沉的同時(shí),往往還伴有微量的向下傾斜移動,這會帶動支架頂梁也向下偏斜,促使支架在一定程度上向下傾倒。當(dāng)發(fā)生頂板漏冒時(shí),支架的上方就會形成空頂,支架就失去了頂板約束,對支架穩(wěn)定性不利。地板受軟巖因素的影響時(shí),支架的穩(wěn)定性會受到很大影響。

4)回采工藝。大采高綜采開采中,移架順序?qū)τ诠ぷ髅娴恼w下滑起很大作用,由下而上移架的下滑量要比由上而下的下滑量大的多。由上往下移架,由于下方的支架是固定的,限制了移架過程中的下滑。反之,由下而上移架,由于第一架沒有側(cè)位約束,下滑量大,也會導(dǎo)致整體下滑量加大。其次,頂煤在工作面方向上各個位置的受力不同導(dǎo)致了頂煤的冒放性不同,從而要求在工作面不同位置采用不同的放煤工藝,而且在頂煤放出過程中,支架上方頂煤移動會影響相鄰支架上方頂煤的狀態(tài),進(jìn)而影響相鄰支架的受力狀態(tài)與穩(wěn)定性。放頂煤支架后部的放煤機(jī)構(gòu)在放煤過程中受到煤流向下的分力,會對支架掩護(hù)梁及尾梁施加側(cè)向力,使支架產(chǎn)生側(cè)向擺動,從而帶動支架扭斜。工作面向前推進(jìn)過程中,如果工作面傾角大,支架降架前移時(shí),會因失去支撐點(diǎn)而偏斜或傾倒,在綜采過程中,由于支架上方為松軟的頂煤,這一現(xiàn)象會更加明顯,對支架的穩(wěn)定性影響更大。

3 提高支架穩(wěn)定性的措施

大采高液壓支架穩(wěn)定性控制包括單個支架和相鄰支架組的穩(wěn)定性控制兩個方面。其目的在于盡量降低不利因素的影響,有效提高支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1)加大底座面積,調(diào)整合力作用點(diǎn)位置,使底板比壓降低,這樣可加大支架初撐力,是支架工作時(shí)充分利用工作阻力,移架時(shí)保持一定的阻力。提高初撐力和工作阻力,可有效地增大支架工作狀態(tài)的穩(wěn)定性,所以在支架設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量選用較大缸徑立柱。在保證刮板輸送機(jī)千斤頂空間的情況下,底座應(yīng)盡量加寬。

2)在保證對頂板足夠支撐強(qiáng)度的前提下,盡量減輕支架重量。大采高大傾角煤層走向長壁工作面礦壓顯現(xiàn)的主要特征是由于不均勻充填導(dǎo)致沿工作面傾斜方向來壓順序、持續(xù)時(shí)間、來壓強(qiáng)度的不均衡和頂板對支架作用的載荷而有變化。同時(shí),由于支架重量與穩(wěn)定性成反比關(guān)系,因此,只要支護(hù)強(qiáng)度能滿足要求,應(yīng)盡量減輕支架重量,以提高穩(wěn)定性,同時(shí)對支架在工作面的調(diào)整和移架也有利。

3)提高工作面支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性。工作面支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性除需保證單個支架在工作過程中的穩(wěn)定外,還應(yīng)考慮設(shè)置排頭排尾支架組,使工作面支護(hù)系統(tǒng)有相對穩(wěn)定的整體性和可靠的依托。通常,排頭排尾支架組可由3～5架工作面基本支架(由附加裝置連成整體)來組成;端頭支架則需要針對具體條件特殊設(shè)計(jì)與布置。

4)減小支架頂梁和底座間的間隙,使它沒有傾倒和滑動的空間。支架側(cè)護(hù)板千斤頂、側(cè)推彈簧使支架頂梁相互靠緊,始終保持有足夠的扶正力,防止倒架和滑架。其次,將工作面布置為偽斜,減小工作面實(shí)際傾角,在相鄰支架底座之間可設(shè)置防滑千斤頂,以有初撐力的支架為支點(diǎn),調(diào)整相鄰支架的位置。

4 結(jié) 語

綜上所述,對大采高的采場,不僅要優(yōu)化設(shè)備配套,采取有效的防倒、防滑措施和采煤工藝方法,而且要加強(qiáng)管理,提高工作面裝備的整體穩(wěn)定性提高工作面設(shè)備整體可靠性,提高開機(jī)率,加快工作面推進(jìn)。從而實(shí)現(xiàn)大采高綜采礦井的安全高效開采。

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Analysis on Influence Factors and Control Measures of Stability of Large Mining Height Supporter

Zhang Yang,Liu Jian-ming,Zhong De-yu,Dai Hua-ming

In connection with the stability problem of a large mining height supporter,discusses the dumping factors,gives some control conditions,puts forward a large mining height supporter dumping control measures,it has significance to large mining height coal mining face control supporter dumping.

Largemining height;Fullymechanizedsupporter;Stability;Impact factor;Control measures

book=3,ebook=68

TD355.2

B

1672-0652(2010)03-0041-02

2010-02-28

張 楊 男 1987年出生 2007級中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院在讀本科生 徐州 221116