工作面下端頭倒架事故處理方案和對(duì)策分析

呂兆海（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司清水營煤礦，寧夏 銀川 750001）

1 前言

液壓支架是煤礦綜采工作面的重要設(shè)備，且數(shù)量最多，其能否正常工作，對(duì)整個(gè)工作面的安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效至關(guān)重要[1]。在工作面生產(chǎn)過程中，液壓支架容易出現(xiàn)自動(dòng)降架、死架、倒架等；除支架倒架外其余故障是局部性的，處理起來也比較容易，對(duì)生產(chǎn)影響較小。一旦發(fā)生倒架事故勢(shì)必影響工作的正常運(yùn)行，制約安全生產(chǎn)。因此，有必要對(duì)綜采工作面支架倒架原因進(jìn)行深入分析，并提出相應(yīng)對(duì)策。

110202綜采工作面是清水營煤礦首個(gè)大采高工作面，主采煤層為二煤，煤層傾角20°～27°，平均23°，開采深度138～338m；工作面走向長(zhǎng)1 180m，斜長(zhǎng)285m，工作面煤層平均厚度5.25m，設(shè)計(jì)采高4.2m。根據(jù)井下收集的資料，現(xiàn)開采的二煤頂板巖性為直羅組底部含粗粒砂巖，厚度20.27～21.52m，巖石孔隙發(fā)育、較松軟、易風(fēng)化，抗水浸能力極差，為不穩(wěn)定巖層，屬易冒落的一類無周期來壓頂板；直接頂為粉砂巖、泥巖，厚度2.52～4.88m，巖石較致密，易軟化，強(qiáng)度低、堅(jiān)固性差，為不穩(wěn)定巖層，屬易冒落的三類周期來壓強(qiáng)烈頂板。

2 倒架過程

2010年2月5日，110202工作面推進(jìn)到80m時(shí)，由于老塘涌水(88m3/h)，下端頭頂板破碎、底軟，采場(chǎng)條件惡化，造成1#、2#端頭支架鉆底、倒架，3#～7#支架向上甩頭且傾斜。工作面歷時(shí)1個(gè)月處理倒架。在處理倒架期間，下端頭先后出現(xiàn)9次潰水潰沙，潰沙量最大時(shí)達(dá)到120m3，造成端頭支架和轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾被黃沙數(shù)次掩埋；1#、2#端頭支架頂梁下方高度較低、作業(yè)空間狹小，由于水、頂板、泥沙等因素綜合作用，導(dǎo)致1#、2#支架拉移困難，每個(gè)小班在清完架前淤泥、連好推移千斤后，一次只能拉動(dòng)200～500mm。通過采取施工臨時(shí)水倉、下端頭擴(kuò)幫、挑頂、架棚，安裝防倒防滑千斤，施工泄水巷等措施，于2010年3月5日使工作面逐步恢復(fù)正常，生產(chǎn)趨于穩(wěn)定。

3 倒架原因分析

綜采工作面由于管理的問題，支架傾倒現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；支架傾倒后，頂板失去支撐，很有可能引起局部冒頂，如果不及時(shí)處理，會(huì)有一架變成多架傾倒，形成大面積傾倒事故，造成工作面難以推進(jìn)，造成倒架的原因有以下幾個(gè)方面。

（1）工作面采高的影響。采高越大，倒架可能性越大，當(dāng)采高不超過支架的性能及設(shè)計(jì)高度4.5m時(shí)，支架的合力作用線落在底座范圍內(nèi)，比較穩(wěn)定；當(dāng)采高超過規(guī)定時(shí)，支架的合力作用線就落到底座之外，穩(wěn)定性差，遇到頂板來壓，支架容易傾倒[2-3]。

（2）煤層傾角的影響。煤層的傾角越大，使支架的合力作用線越偏，穩(wěn)定性越差，當(dāng)煤層傾角大于18°時(shí)，就要采取防倒措施[4]。

（3）偽斜的影響。當(dāng)工作面?zhèn)涡苯嵌冗^大時(shí)，工作面輸送機(jī)從機(jī)頭開始上竄，上竄時(shí)輸送機(jī)溜槽處于受壓狀態(tài)，間隙變小。輸送機(jī)上竄后帶動(dòng)推移導(dǎo)桿向機(jī)尾方向偏斜，拉架時(shí)偏斜后的導(dǎo)桿牽著支架也往機(jī)尾方向偏移，支架偏移后再次推溜時(shí)，又加速輸送機(jī)上竄，輸送機(jī)上竄過程中與支架的相互作用是一個(gè)正反饋過程。由于輸送機(jī)寬度小，重量輕，而支架頂梁長(zhǎng)，噸位大，所以輸送機(jī)上竄速度快，而支架要改變其原來的方向比較慢，比上竄速度小得多。當(dāng)輸送機(jī)上竄超過600～800mm時(shí)，機(jī)頭段的推移導(dǎo)桿嚴(yán)重扭斜，就撇著支架底座，由于支架在上竄過程中架間間隙早已消失，活動(dòng)側(cè)護(hù)板全部收完，這時(shí)再拉移支架，頂梁已不能往機(jī)尾方向偏移，而支架底座在導(dǎo)桿的強(qiáng)迫作用下往機(jī)尾偏移，頂梁不動(dòng)底座動(dòng)，發(fā)生支架倒架。

（4）輸送機(jī)直線。保持輸送機(jī)直線是保證煤壁直線、支架直線的關(guān)鍵。在井下回采過程中，因種種原因，輸送機(jī)直線最容易出現(xiàn)問題，而且往往是中間滯后。如果輸送機(jī)中間嚴(yán)重滯后，就相當(dāng)于同時(shí)甩機(jī)頭和機(jī)尾，會(huì)使輸送機(jī)從兩頭向中間擠壓收縮，從而導(dǎo)致機(jī)頭和機(jī)尾兩頭都短，機(jī)頭機(jī)尾段的支架會(huì)發(fā)生倒架現(xiàn)象。

（5）由于底板松軟使支架受力不均而歪斜。倒架現(xiàn)象大多發(fā)生在移架過程中，發(fā)現(xiàn)問題必須在移架過程中及時(shí)解決，否則很可能擴(kuò)大到寸步難行。

4 處理倒架方案

（1）對(duì)機(jī)巷頂板采取架棚掏進(jìn)，兩側(cè)棚立在臨架的頂梁上，也可用800mm的單體支柱架在本架頂梁上配合支護(hù)；同時(shí)從支架間打立柱頂住棚梁，棚距≤0.5m，棚梁距支架頂梁凈高1m，挑頂架棚的深度應(yīng)超過頂梁與掩護(hù)梁的交界，先挑1#架，再挑2#架，嚴(yán)禁兩架同時(shí)挑頂。

（2）對(duì)1#支架下幫進(jìn)行劈幫處理，保證處理1#支架倒架有足夠的空間；工作面下口頂板先注射馬麗散，固化頂板，從1#、2#支架頂梁前端開始向尾端方向進(jìn)行挑頂處理，挑頂后及時(shí)在頂板上鋪設(shè)菱形網(wǎng)，架設(shè)“一梁二柱”抬棚進(jìn)行支護(hù)。

（3）從端頭支架前方5m處向外30m開始挑頂，將巷道上下肩窩挑平，保證巷高3.2m，錨網(wǎng)支護(hù)并架設(shè)“一梁三柱”支護(hù)頂板，并用枕木和小桿將“∏”型鋼梁和頂板背緊背實(shí)。

（4）轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)身段提前起底、硬化底板，防止支架鉆底，保證巷道高度3.2m。

（5）分別在1#和4#、2#和5#支架各設(shè)置一組防倒千斤。安裝方式：采用?260mm的千斤活塞桿一端連接在1#、2#支架頂梁的防倒座上，缸體一端連接在4#、5#支架溜槽上的防滑聯(lián)接耳子上。

（6）挑頂結(jié)束后，利用3#、4#支架上的防倒千斤配合單體支柱，依次將2#、1#支架扶正。對(duì)扶正的支架，再次前移時(shí)，必須先扶后降，再前移升緊，確定支架達(dá)到初撐力，嚴(yán)防二次再倒。

（7）移架時(shí)，支架立柱可下降150～200mm，以能移動(dòng)支架為標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)使用斜拉千斤配合單體支柱調(diào)整支架底座，將鉆底支架底座下墊設(shè)枕木、板梁，使支架垂直于頂?shù)装濉?/p>

工作面下端頭施工示意圖見圖1。

5 技術(shù)保障措施

本次倒架事故對(duì)煤礦生產(chǎn)影響很大，為避免同樣的事故再次發(fā)生，通過對(duì)扶架總結(jié)，提出如下保障措施。

（1）工作面下口挑頂區(qū)域和1#、2#支架頂梁上方，1#～5#支架架前煤壁注射馬麗散，固化頂板。

圖1 工作面下端頭施工示意圖

（2）在機(jī)巷距工作面106m處朝老塘施工泄水巷，解決工作面下口涌水、涌砂問題。

（3）針對(duì)老空涌水、涌砂增大的現(xiàn)象，機(jī)巷頂板上鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)和防雨布等措施，確保工作面下口施工的安全。在1#～10#架段采用草袋充填架間間隙的方式減少架間漏沙。

（4）轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾封底板加寬加厚，減少推移板與機(jī)尾間隙，將轉(zhuǎn)載機(jī)與推移板固定牢固；連接板要封底，加強(qiáng)筋，連接銷軸處要鋼板加固，防止受力變形；用40mm厚鋼板在轉(zhuǎn)載機(jī)尾第四節(jié)槽子處燒耳板，用?38mm大鏈拴推移扳，防止普通槽拉脫變形。

（5）加強(qiáng)探放水工作，在機(jī)巷轉(zhuǎn)載機(jī)段提前打泄水孔，每10m施工一組孔(2個(gè))，孔間距3m，孔徑?113mm，長(zhǎng)度≥60m。

（6）加強(qiáng)下口及機(jī)巷排水工作，保證排水系統(tǒng)正常，管路、水溝暢通。安排專人清理水溝，在下口設(shè)置2臺(tái)22kW潛水泵，并用沙袋沿水溝側(cè)砌筑防水壩，確保水流暢通，及時(shí)將水排出去。

（7）處理好倒架后，必須加快下口推進(jìn)速度，按照“下口進(jìn)兩刀，上口進(jìn)一刀”的推進(jìn)方式，每推進(jìn)一刀必須將工作面順直，調(diào)整好工作面采場(chǎng)，確保工作面頂?shù)装迤秸群椭本€度，加強(qiáng)工作面下端頭管理。①為了控制刮板機(jī)上竄下滑，機(jī)巷超前風(fēng)巷距離控制在15～20m，工作面沿底開采。②對(duì)2#～15#支架段進(jìn)行臥底，降低15#架以下工作面的坡度，3#～5#支架坡度控制在3°～5°，6#～15#支架逐步過渡，與工作面機(jī)巷形成平緩過渡的圓弧段，上下口采高控制在3.2～3.5m。③在工作面機(jī)巷2#架下側(cè)至7#架頂梁上方鋪雙層金屬網(wǎng)，與機(jī)巷鋪設(shè)的金屬網(wǎng)扣扣相連，加強(qiáng)工作面下端頭頂板維護(hù)。④隨著工作面推進(jìn)，對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)橋身段提前起底、硬化底板。

材料消耗費(fèi)用見表1。

表1 材料消耗費(fèi)用統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)語

從分析可知，對(duì)于大傾角綜采工作面，工作面?zhèn)涡?、輸送機(jī)直線是影響支架倒架的主要因素，因此保持好輸送機(jī)直線，調(diào)整好工作面的偽斜角度，是防止輸送機(jī)上竄下滑和支架倒架的最根本途徑。

（1）對(duì)機(jī)頭第一架支架采取防倒措施，使之站正不倒，給工作面中間支架提供穩(wěn)定的支點(diǎn)。拉移支架從機(jī)頭第一架支架開始往機(jī)尾方向順序移架，在移架過程中要注意調(diào)架。

（2）搞好工作面工程質(zhì)量，頂?shù)装甯钪备钇剑乐钩霈F(xiàn)錯(cuò)臺(tái)階和超高，保持支架有效承載。

（3）在皮帶巷，提前施工大孔徑的泄水孔提前放水，完善排水系統(tǒng)，為工作面的安全回采創(chuàng)造條件。

（4）對(duì)工作面頂板含水層和頂、底板條件重新認(rèn)識(shí)，由于機(jī)巷底板砂質(zhì)泥巖受水浸泡后，容易造成支架鉆底，初撐力不夠、造成頂板下沉，給下口的安全、質(zhì)量管理帶來很大困難，必須提前對(duì)機(jī)巷進(jìn)行起底、硬化，超前鋪設(shè)金屬網(wǎng)防止老空涌水、涌砂。

（5)在工作面回采前，設(shè)計(jì)要提前考慮施工輔運(yùn)巷，作為工作面回采期間的主要泄水通道，從根本上解決工作面水患威脅。

[1] 呂兆海.大傾角煤層綜放工作面采場(chǎng)管理研究[J].中國礦山工程，2009，(04).

[2] 王建軍，李鴻雙，王愛國等.綜采工作面倒架、咬架原因淺析[J].煤，2000，(04).

[3] 袁 永，屠世浩，王 瑛等.大采高綜采技術(shù)的關(guān)鍵問題與對(duì)策探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，(01).

[4] 袁 永，屠世浩，竇鳳金等.大傾角綜放面支架失穩(wěn)機(jī)理及控制[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008，(04).