南方急傾角煤層開采中液壓支架的應(yīng)用

張萬川

（四川達(dá)竹煤電集團(tuán)公司斌郎煤礦，四川 達(dá)州 635065）

南方急傾角煤層開采中液壓支架的應(yīng)用

張萬川

（四川達(dá)竹煤電集團(tuán)公司斌郎煤礦，四川 達(dá)州 635065）

南方煤礦多為小煤礦，煤層不穩(wěn)定，尤其是南方80%的礦區(qū)都存在急傾斜煤層，因此南方礦區(qū)的煤層開采技術(shù)，災(zāi)害預(yù)防技術(shù)、礦山安全防護(hù)等都是重點(diǎn)熱點(diǎn)研究課題。本文將著重對(duì)液壓支架的應(yīng)用展開分析，對(duì)其穩(wěn)定性和具體的控制措施展開論述，闡述其中的應(yīng)用安全問題，以期為煤礦開采技術(shù)提供更多的實(shí)踐借鑒。

急傾角；開采技術(shù)；液壓支架；穩(wěn)定性

我國(guó)的南方礦區(qū)中80%都存在著急傾斜煤層，因此研究南方礦區(qū)急傾斜煤層的開采方法和工作面支護(hù)系統(tǒng)是非常必要的。本文將著重對(duì)液壓支架的應(yīng)用展開分析，對(duì)其穩(wěn)定性和具體的控制措施展開論述，闡述其中的應(yīng)用安全問題，以期為煤礦開采技術(shù)提供更多的實(shí)踐借鑒。

1　液壓支架的穩(wěn)定性分析

急傾斜煤層圍巖活動(dòng)的基本特點(diǎn)使得其開采結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的頂板、支架、底板屬于三維非穩(wěn)態(tài)，另外在支架自重以及頂板推力影響下，支架本身也容易發(fā)生不規(guī)則傾倒或是非均勻下滑，因此液壓支架穩(wěn)定性控制是急傾斜煤層的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1.1防倒穩(wěn)定性分析

圖1　穩(wěn)定性計(jì)算圖示

如圖1支架抗傾倒穩(wěn)定性計(jì)算圖所示，以原點(diǎn)取合力矩，綜合底板反力R，頂板壓力P，上下鄰架作用力Fs、Fx，支架本身的重量G，則有：

（Fs－Fx）h+P（hsinα-Bcosα）=G（hgsinα-Bcosα/2）

根據(jù)抗傾倒穩(wěn)定的計(jì)算公式，當(dāng)支架在自由狀態(tài)時(shí)，則有：

G（hgsinα-Bcosα/2）=0

根據(jù)以上穩(wěn)定性分析，可以得出結(jié)論，支架高度h越小，支架重心高度hg越小，支架底座寬度B越大，移架過程上鄰架對(duì)支架的壓力越小，同時(shí)，在自由狀態(tài)下，支架傾倒與支架重量無關(guān)。

1.2抗滑穩(wěn)定性分析

受到頂板壓力P和重力G的影響，支架將朝向坡度方向下滑，此時(shí)基于臨界狀態(tài)下有：

f（G+P）cosα=Gsinα+（Fs－Fx）

f為摩擦因數(shù)。進(jìn)一步延伸在自由狀態(tài)下有

fGcosα＝Gsinα，f≥tanα

而根據(jù)手冊(cè)數(shù)據(jù)，f一般為0.35～0.4之間，對(duì)應(yīng)的α為18～20°，另外考慮到開采過程中工作面的降塵灑水使得f的實(shí)際數(shù)值降低，因此當(dāng)煤層傾角在12°時(shí)就有可能會(huì)發(fā)生下滑，而若處于支撐狀態(tài)下在由：

Fkh=Gsinα+（Fs－Fx）-f（G+P）cosα

因此，支撐力有助于抗滑穩(wěn)定，因此需要格外注意卸載降架、移架過程中的滑移趨勢(shì)。

1.3液壓支架穩(wěn)定性影響因素

這里的主要因素分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)，如圖所示，在靜態(tài)條件下，工作面的自然條件、支架本身的結(jié)構(gòu)性能、頂板壓力變化、工作面的工程質(zhì)量是主要的三個(gè)方面，例如工作面的支架狀態(tài)(垂直度、俯仰角)、頂?shù)装迤秸鹊荣|(zhì)量不過關(guān)，將會(huì)導(dǎo)致傾倒和滑移。動(dòng)態(tài)則包括了割煤、移架、推溜、放頂煤工藝順序，以及操作的具體工藝影響。

2　液壓支架的設(shè)計(jì)

川煤集團(tuán)達(dá)竹煤電集團(tuán)公司斌郎煤礦W4012工作面為急傾斜工作面，傾斜角度平均50°，采用的是液壓支架支護(hù)、放炮落煤的方式，支架型號(hào)選用廣能嘉華生產(chǎn)的ZQY/2600/7/18，高度0.7～1.8 m，操縱方式為鄰架控制，先移架后推溜，運(yùn)輸機(jī)為SGZ630/220型輸送機(jī)。為了控制液壓支架的穩(wěn)定性，支架的控制變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，以工作面整體穩(wěn)定性為設(shè)計(jì)核心。穩(wěn)定性控制措施表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，通過工作面和巷道布置改善支架受力狀態(tài)。開切眼采用“傾斜—圓弧過渡—水平”的布置方式下，回風(fēng)平巷沿煤層底板破半巖布置，運(yùn)輸平巷沿煤層頂板布置，再這樣的布置狀態(tài)下急傾斜煤層的下端頭支護(hù)受力發(fā)生了改變，接觸面由由線接觸變?yōu)槊娼佑|，這就使得受力減小，鞋面基本支架帶來的側(cè)向力影響降低，也有效的防止了斜面上的滑移，提升了液壓支架的穩(wěn)定。

第二，考慮到急傾斜工作面上鄰架對(duì)支架沿傾斜方向的分力的影響，在常規(guī)的條件下，通過箱形結(jié)構(gòu)側(cè)護(hù)板提升側(cè)剛度，使得整體結(jié)構(gòu)上具備了更高的抗彎曲強(qiáng)度。

第三，側(cè)護(hù)板搭接方式上的轉(zhuǎn)變，考慮到液壓支架掩護(hù)梁會(huì)承受一定的矸石荷載，這就導(dǎo)致了發(fā)生尾部下滑的可能性，而通過掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板壓頂梁側(cè)護(hù)板來完善搭接方式，能夠有效的實(shí)現(xiàn)支架調(diào)正。

第四，液壓控制。通過穩(wěn)定性計(jì)算公式的分析可以得到，移架中上鄰架的壓力越小，穩(wěn)定性約稿，因此支架在前移過程中，推移千斤頂控制回路如果能夠和上鄰架的控制回路連接實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)解鎖，能夠有效的降低上鄰架壓力至Fs≈0，這就使得穩(wěn)定性大大提升。

第五，優(yōu)化四連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)支撐高度較大，銷軸聯(lián)接之間的配合間隙有可能會(huì)導(dǎo)致歪斜、扭轉(zhuǎn)甚至倒架的發(fā)生。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)之間高度大于4.5 m時(shí)，頂梁橫向?qū)⑦_(dá)到200～300 mm，此時(shí)的立柱偏斜3～5°。因此支架過高將會(huì)導(dǎo)致橫向穩(wěn)定性缺失，因此優(yōu)化四連桿機(jī)構(gòu)，銷軸與銷孔配合間隙控制在1.7 mm以下，減少梁端的雙紐線變化量，四連桿與其他構(gòu)件之間的連接控制在10 mm以下，支架頂梁的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)指向煤壁，以提高支架的橫向穩(wěn)定性。

第六，回采工藝措施。（1）由下向上的順序跟機(jī)移架。移架操作時(shí)采取由下向上的順序跟機(jī)移架，上架的移設(shè)以已移好的下架底調(diào)梁為導(dǎo)向，前探梁抵住煤壁邊移邊自動(dòng)縮回，減少架頂煤漏空，支架移設(shè)要一次到位，移到位升起后再進(jìn)行一次補(bǔ)壓。（2）嚴(yán)格控制好割幫移架工序質(zhì)量。當(dāng)臥底量控制質(zhì)量不高時(shí)，導(dǎo)致工作面坡度不均衡，容易使得變坡點(diǎn)處支架發(fā)生傾倒的危險(xiǎn)。因而這里要對(duì)割煤供需的質(zhì)量展開精細(xì)化控制，確保后立柱承載，避免煤壁側(cè)留臺(tái)階使支架頂梁呈俯角狀態(tài)。（3）傾角過大，導(dǎo)致了工作設(shè)備容易滑落，因此推溜工藝的控制通常采用由下向上，以避免輸送機(jī)下滑并連帶支架發(fā)生失穩(wěn)。（4）隨著放煤支架的上移，沖擊力也越來越大，因此工作面的穩(wěn)定性條件越來越嚴(yán)苛，采用由上向下間隔順序工藝，有效控制放煤量。（5）加強(qiáng)礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，來壓前后要嚴(yán)格控制放煤量或不放頂煤，防止支架空頂而傾倒，做好觀測(cè)記錄。（6）嚴(yán)格控制底板破壞滑移。采取打底錨桿控制，防止底板破壞滑移。軟巖夾矸處墊木板梁然后移架也能夠避免下陷失穩(wěn)。

3　結(jié)語

目前，急傾斜煤層的開采仍然沿用了很多傾斜煤層的研究理論和技術(shù)成果，因此在技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展仍然處于探索階段。相比較而言，急傾斜層面臨的地質(zhì)環(huán)境更加復(fù)雜，開采工藝和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格，支護(hù)的穩(wěn)定性、可靠性卻一直未能在技術(shù)上有所突破，因此仍然需要進(jìn)一步的深入研究，將我國(guó)的煤礦開采技術(shù)帶上一個(gè)新的臺(tái)階。

[1] 孫光中，田坤云，關(guān)鵬云.“三軟”煤層機(jī)采工作面端頭支護(hù)技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013(04).

[2] 巢建軍.急傾斜煤層開采關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用趨勢(shì)研究[J].河南科技，2014(02).

[3] 林忠明，陳忠輝，謝俊文，謝和平.大傾角綜放開采液壓支架穩(wěn)定性分析與控制措施[J].煤炭學(xué)報(bào)，2004(03).

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