綜采工作面支架倒架的原因分析

1課題的研究意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1 研究意義：

綜采回采工藝作為一種高效的集約生產(chǎn)方式，具有高產(chǎn)、高效、低成本等諸多優(yōu)點，長期以來在中國各大礦區(qū)獲得廣泛使用，為中國煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出巨大貢獻 。液壓支架作為采煤工作面三機設(shè)備中的基礎(chǔ)支撐，只有確保液壓支架穩(wěn)定，才能為煤炭開采提供良好的環(huán)境。但綜采中易發(fā)生支架倒架、咬架等事故，極大地影響了回采面生產(chǎn)的高效開展。因此，針對綜采工作面支架倒架原因分析具有積極的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：支架倒架 倒架因素

2綜采支架倒架的原因分析

2.1地質(zhì)因素

綜采工作面在回采過程中， 由于底板巖性軟或通過下層空巷時， 支架在上覆巖層及自身重力作用下， 底座先失去平衡， 并帶動整個支架失去平衡， 出現(xiàn)支架歪倒現(xiàn)象礦山地質(zhì)是復雜多變的，有時遇到斷層，構(gòu)造等地段，頂板破碎，容易漏頂，乃至冒頂導致支架倒架。

還有在工作面過地質(zhì)構(gòu)造破碎帶或老空區(qū)時，由于支架頂梁 接頂不實或支架頂梁上方有老空接不實時 ，會造成支架受力 不均，也會造成支架歪倒。

受斷層影響：大傾角綜采工作面過斷層、地質(zhì)異常區(qū)遇頂板破碎或斷層面，極易引起片幫冒頂。從局部冒頂?shù)攸c開始，上方支架架頂碎矸受重力作用下竄至下方支架架前空頂區(qū)域冒落，形成大面積空頂。支架一旦失去支撐，側(cè)護板形成臺階，即發(fā)生擠架、咬架，進而發(fā)展為倒架事故。

2.2煤層傾角因素

支架傾斜倒架問題工作面坡度大容易使支架重心偏移失穩(wěn)操作不當導致倒架另一方面工作面受褶曲影響底板波況起伏造成支架接頂不平傾斜斷層區(qū)域需留底煤調(diào)整后跟涌水會軟化底板致使支架底座下陷失穩(wěn)傾斜。

對于液壓支架而言，使用操作的恰當與否對于其穩(wěn)定性有至關(guān)重要的影響。通常來說，回采面傾角不超過15°時液壓支架具有良好的穩(wěn)定性 。

煤層層面與水平面的夾角。按傾角的大小，煤層可分為：緩傾斜煤層（<25°）、傾斜煤層（25°～45°）和急傾斜煤層（>45°）。 由于支架與水平面一定的夾角導致支架傾斜所引發(fā)的倒架。

當煤層傾角>12°時，由于運輸機自身重力原因下滑，此種情況表現(xiàn)在運輸機前移的過程中。如圖 ！ 所示：運輸機的受力圖及受力分析。

運輸機在重力 G的分力 G1的作用下下滑，下滑的結(jié)果導致支架的推拉桿與運輸機的連接偏移垂直方向而朝向斜下。生產(chǎn)過程中因為重力的分力 F及推力 ， 的分力 F1的合力作用促使運輸機下滑加劇，推拉桿的偏移更加嚴重，從而加劇運輸機的竄動，導致倒架發(fā)生。嚴重時因運輸機竄動而堵死安全出口，使運輸機與轉(zhuǎn)載機不能正常搭接，嚴重影響生產(chǎn)。因為運輸機的竄動引起大面積倒架，進而影響生產(chǎn)，甚至停產(chǎn)。

2.3管理因素

采煤機司機在割煤過程中， 由于操作不當或注意力不集中， 導致煤機割頂或啃底， 使工作面采高超過液壓支架的允許支撐范圍時，就會出現(xiàn)局部支架頂梁接頂效果不好， 再加上支架重心上移， 穩(wěn)定性相對較差， 若趕上工作面頂板周期來壓， 就會出現(xiàn)倒架現(xiàn)象；工作面鏈板機控制不當， 上竄下跳嚴重時， 會帶動支架移動， 導致液壓支架歪倒 。

操作方法不當。支架的正確操作是綜采工作面質(zhì)量標準化的重要保證，但操作不當是否會引起工作面支架的倒架呢？顯然不能一概而論。當工作面傾角小于15°時，支架自身穩(wěn)定性好，操作不當可能會引起個別支架倒架，是局部性的，并且很快會得到糾正。當工作面傾角大于15°時，支架自身穩(wěn)定性大大降低，操作不當就可能會引起嚴重的倒架事故。特別是第一組支架要采取防倒措施，否則第一架一倒，再加上操作不當，后面的支架跟著倒，發(fā)生連鎖反應，就可能演變?yōu)閲乐氐牡辜苁鹿柿恕?/p>

偽斜管理。綜采工作面?zhèn)涡惫芾硎蔷C采技術(shù)管理的關(guān)鍵，工作面?zhèn)涡闭{(diào)整不當，一旦失控，不但會使工作面輸送機上竄下滑，上下出口不暢，難以管理，而且會使工作面支架發(fā)生大范圍的倒架事故，頂板管理失控，片幫、掉頂頻繁，嚴重影響工作面的安全生產(chǎn)?，F(xiàn)場經(jīng)驗豐富的人都有這樣的體會，而現(xiàn)場經(jīng)驗不足的人，認為偽斜管理與工作面支架倒架沒有什么直接的聯(lián)系，偽斜管理失控不是工作面支架倒架的主要原因。下面我們從工作面設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作面推進過程中支架與輸送機相互作用原理入手，深入分析工作面角度偽斜對支架的影響，從而得出正確的結(jié)論。輸送機直線管理。保持輸送機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，輸送機直線最容易出現(xiàn)問題，而且往往是中間落后。如果輸送機中間嚴重落后，就相當于同時甩機頭和機尾，會使輸送機從兩頭往中間擠壓收縮，從而導致機頭和機尾兩頭都短，機頭機尾段的支架都倒架。

2.4.工程質(zhì)量因素

生產(chǎn)中工作面運輸機進行重點順平，保證每組支架側(cè)護板均能正常打開，能防止支架擠架。工作面過斷層、地質(zhì)構(gòu)造帶期間，液壓支架采用帶壓擦頂移架，盡量減少頂板松動，事先步降低采高，增加支架穩(wěn)定性及減少破巖，液壓支架隨采煤機割煤立即移架。

底板松軟或頂板不平造成倒架的原因還有底板松軟或頂板不平，在回采過程中，有時會遇到底板巖性較軟或者遇到軟煤區(qū)，這會導致支架底座失去平衡，從而使整個支架傾倒。另外，，支架會因為頂板不平而處于線支撐或點支撐等受力不合理狀態(tài)，進而導致支架失穩(wěn)而發(fā)生倒架現(xiàn)象。

工作面煤機司機割底，所有支架拉移過后，為了保證初撐力支架接頂，導致支架射箭或栽頭以致支架大腳下扎，支架傾斜。

在機頭或機尾割三角煤時， 未及時調(diào)整工作面成一條直線， 會造成局部支架傾斜歪倒；正常生產(chǎn)過程中， 工作面局部區(qū)域出現(xiàn)超前或滯后， 在工作面找峒子取直過程中， 若方法不當， 也會導致小范圍倒架。

2.5運輸機竄動因素

綜采工作面在理想狀態(tài)下，一般是采用平行工作面垂直順槽推進，但由于運順與回順高低落差，機頭機尾輕重區(qū)別，是工作面與運輸機產(chǎn)生一定的夾角，導致運輸機左右竄動，帶動支架竄動所引發(fā)倒架。

另外使用液壓支架回收邊角塊段煤時， 一般工作面長度較短 或不規(guī)則，工作面鏈板機長度也較短 ，極易受割煤方向、割煤 速度、推溜順序等因素的影響而發(fā)生上竄下跳， 若竄動量過 大，就會別倒支架調(diào)整支架同時，按虛旋轉(zhuǎn)中心法調(diào)整運輸機下滑，帶動支架底座

下移，輔助扶正支架。

工作面上部偽斜控制不當：因溜子上竄下滑而未及時調(diào)整支架狀態(tài)，造成工作面倒架；刮板輸送機上竄，帶動底座

當工作面?zhèn)涡苯嵌冗^大時，工作面輸送機從機頭開始上竄，上竄時輸送機溜槽處于受壓狀態(tài)，間隙變小，一般為 10 毫米以下，擠得緊時為 0-5 毫米。輸送機上竄后帶動推移導桿向機尾方向偏斜，拉架時偏斜后的導桿牽著支架也往機尾方向偏移，支架偏移后再次推溜時，又加速輸送機上竄。當輸送機上竄超過 600-800 毫米，機頭段的推移導桿嚴重扭斜后，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，活動側(cè)護板全部收完，這時再拉移支架，頂梁已不能往機尾方向偏移，而支架底座在導桿的強迫作用下往機尾偏移，頂梁不走底座走，于是支架不得不倒了。

2.6 支架側(cè)護板安裝方向

支架側(cè)護板具有防漏矸及調(diào)架作用，出廠時活動側(cè)護板一般安裝在支架右側(cè)。有人認為，如果是回采右工作面，活動側(cè)護板剛好在支架下方，拉移支架后可利用本身的活動側(cè)護板進行調(diào)架，使支架不容易倒架。如果是回采左工作面，活動側(cè)護板剛好在支架上方，拉移支架后不但不能利用本身的活動側(cè)護板進行調(diào)架，而且還容易使支架倒架。其實，這種說法是不正確的。首先，回采左工作面，雖然不能利用本身的活動側(cè)護板進行調(diào)架，但可以收本架活動側(cè)護板，用下臨架的活動側(cè)護板伸出進行調(diào)架。其次，回采實踐證明，回采左工作面并沒有經(jīng)常發(fā)生倒架現(xiàn)象，回采右工作面也沒有避免倒架的發(fā)生。第三，利用活動側(cè)護板進行調(diào)架，其作用是有限的，因為支架的活動側(cè)護板的有效行程一般為50-200mm，大多為 170mm，支架正常時的架間間隙為 50-90mm，所以只有在支架輕微倒斜的情況下對支架進行微調(diào)。第四，即使回采傾斜角度大于 15°的工作面，只要機頭第一架站直不倒，工作面輸送機平直，活動側(cè)護板就不會使中間支架發(fā)生倒架。因此，活動側(cè)護板的安裝方向根本不是支架倒架的原因。

2.7設(shè)備自身因素

支架超高當實際采高大于支架的最大設(shè)計高度時，即為支架超高。很多人認為，支架一旦超高，支架不接頂，支架處于空載狀態(tài)，容易倒架。這種觀點，看似有理，實則不然。這是因為：其一，工作面支架超高一般是局部性的，臨近不超高的支架對超高支架起到了限制和穩(wěn)定作用，在工作面傾角小于 15°時，沒有人為外力迫使其倒架，其支架自身的穩(wěn)定性足以克服倒架的發(fā)生；其二，支架超高后，頂板壓力作用到煤壁，煤壁容易發(fā)生片幫，片幫后使空頂面積增大，頂板在壓力作用下破碎下沉，容易發(fā)生掉頂，此時支架也因頂板下沉而承載。因此，在煤層角小于 15°時，超高是片幫掉頂?shù)闹匾?，而不是支架倒架的主要因素?/p>

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作者簡介：胡斌（1982.7.17）男，陜西西安人，西安理工大學本科，助理工程師，研究方向：機電、采煤、生產(chǎn)管理。