重型放頂煤液壓支架倒架原因及處理措施

徐小航

（陽(yáng)泉集團(tuán)泰安煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

0 引言

81201工作面為首次使用大采高重型放頂煤支架的自動(dòng)化工作面，該工作面于2018年8月上旬初采，由于機(jī)電設(shè)備事故較多，一直未正常生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)采煤隊(duì)組和設(shè)備廠家的共同努力，到月底（8月27日）基本能夠達(dá)到每班3刀煤，日產(chǎn)7 000 t以上。9月初，工作面45#～48#架出現(xiàn)頂板破碎、流矸、支架不接頂?shù)那闆r，隊(duì)組未及時(shí)采取有效措施，導(dǎo)致支架向進(jìn)風(fēng)方向傾斜，最大傾角達(dá)到24°，工作面基本處于半停產(chǎn)狀態(tài)。經(jīng)過(guò)相關(guān)部門對(duì)工作面現(xiàn)場(chǎng)勘查后，發(fā)現(xiàn)了造成支架倒架的根本原因，制定了針對(duì)性措施，經(jīng)過(guò)采煤隊(duì)近20 d的努力后，該工作面才恢復(fù)了正常生產(chǎn)。

1 工作面概況

1.1 工作面介紹

工作面位置：81201工作面位于15#煤十二采區(qū)，工作面走向長(zhǎng)為1 877 m，傾斜長(zhǎng)為220 m。工作面西部、北部為礦界，東部為尚未掘進(jìn)的81203工作面，南部為十二區(qū)準(zhǔn)備巷；上部8#煤為21302工作面采空區(qū)，3#煤為71319、71312、71314工作面采空區(qū)。

煤層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)狀：煤層屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤，煤層總厚度7.39～8.88 m，平均7.7 m（含1.74 m夾矸）。工作面總體為一由東向西傾伏的單斜構(gòu)造，褶曲構(gòu)造較發(fā)育，煤層傾角2°～8°，平均4°，局部地段可能增大至15°以上。

頂?shù)装迩闆r：直接頂為泥巖，厚度為2.28 m。黑色，致密性脆，含少量星點(diǎn)狀黃鐵礦；老頂為石灰?guī)r，厚度為2.15 m，巖性硬而脆，含動(dòng)物化石及方解石細(xì)脈。泥巖，厚度為2.09 m，巖性致密，含少量鈣質(zhì)，含星點(diǎn)狀黃鐵礦夾鐵質(zhì)結(jié)核及方解石細(xì)脈；石灰?guī)r，厚度為2.42 m，巖性致密堅(jiān)硬，富含動(dòng)物化石，中部夾薄層鈣質(zhì)頁(yè)巖，節(jié)理發(fā)育巖心破碎。直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為3.75 m，黑色，局部含有小砂粒，含植物化石。

巷道布置：工作面共布置5條巷道，分別為進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽、切巷、低位抽采巷及走向高抽巷；工作面進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽沿15#煤頂板布置；低位抽采巷以石灰?guī)r為底板，沿泥巖布置；切巷沿15#煤底板布置；走向高抽巷布置在11#煤層上部砂質(zhì)泥巖內(nèi)。其中工作面進(jìn)風(fēng)順槽作為主運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)巷道；回風(fēng)順槽作為輔助運(yùn)輸、回風(fēng)巷道；低位抽采巷、高抽巷作為開(kāi)采期間的瓦斯抽放巷道。81201工作面巷道布置平面圖，如圖1所示。

采煤工藝：本工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤方法，工作面每割一刀煤放一次頂煤，實(shí)行“一采一放，追機(jī)放頂煤”的作業(yè)方式。工作面采高控制在3.5 m左右。割煤、移架、推前溜、放頂煤、收后溜、回柱放頂為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)度為0.865 m。

圖1 81201工作面巷道布置平面圖

1.2 工作面設(shè)備配備

工作面采用綜合機(jī)械化低位放頂煤一次采全高采煤工藝，工作面每割一刀煤放一茬頂煤，實(shí)行“一采一放，追機(jī)放頂煤”的作業(yè)方式。主要生產(chǎn)設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 主要生產(chǎn)設(shè)備

1.3 工作面生產(chǎn)情況

81201工作面煤層總厚度7.39～8.88 m，平均7.7 m，靠近煤層底板1.9 m左右位置，有一層平均厚度1.7 m的夾矸，夾矸巖性為泥巖易垮落。為了保證工作面頂板完整性，一般采取采煤機(jī)沿夾矸頂板截割，但部分地段夾矸較厚超過(guò)1.9 m，必須沿夾矸中部截割［1-3］。2018年9月5日，81201工作面進(jìn)風(fēng)推進(jìn)至49 m，回風(fēng)推進(jìn)到44 m左右時(shí)，45#～48#架夾矸較厚采煤機(jī)截割下部夾矸后，未及時(shí)過(guò)架維護(hù)頂板，上部夾矸及煤體自行垮落，造成頂板局部冒頂，上部空頂接近1 m左右，在未采取針對(duì)性措施的情況下，工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，9月7日，支架上部空頂面積增加，由于該段煤層坡度較大（7°左右），由40#～45#架出現(xiàn)支架傾斜，并向前后兩方向擴(kuò)大趨勢(shì)。隨后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了勘測(cè)，34#架10°、36#架12°、38#架16°、40#架21°、42#～46#架24°、48#架22°，另外該區(qū)域38#、39#架，42#、43#架，45#、46#架出現(xiàn)支架“咬架”現(xiàn)象。針對(duì)此情況，隊(duì)組制定了專項(xiàng)措施，40#～50#架開(kāi)始注膠、鋪網(wǎng)、打錨索、人工做巷及上防倒千斤等措施后，情況得到穩(wěn)定，逐步有所好轉(zhuǎn)，到9月20日恢復(fù)正常。本次事故嚴(yán)重影響生產(chǎn)，而且浪費(fèi)了大量的人力、物力，同時(shí)也帶來(lái)了不安全的因素，對(duì)此采煤隊(duì)要認(rèn)真吸取教訓(xùn)，杜絕此類事故發(fā)生。

2 工作面倒架原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)條件影響

工作面坡度影響：81201工作面總體回風(fēng)比進(jìn)風(fēng)高20 m左右，工作溜拉下坡，倒架地段（35#～48#架），煤層傾角大約在7°，由于工作面坡度影響，支架本身有向進(jìn)風(fēng)傾倒的趨勢(shì)［4-7］。

工作面采高影響：81201工作面使用支架允許支撐高度為2.1～4.2 m，工作面正常采高控制在3.5 m左右，35#～48#架頂板流矸后，造成支架上方空頂，而且工作面底板較軟（砂質(zhì)泥巖），支架本身的穩(wěn)定性較差是造成倒架的原因之一［8-11］。

頂板不穩(wěn)定影響：工作面煤層中本身含有1.7 m左右的夾矸，且極不穩(wěn)定，35#～50#架一段夾矸處于工作面中上部，截割時(shí)只割一半夾矸，下部夾矸截割后，過(guò)架不及時(shí)，支架頂梁上部夾矸和煤自行垮落，造成支架升至最大高度后仍不接頂。隨工作面推進(jìn)支架一直處于失穩(wěn)狀態(tài)，支架超高使用是造成支架失穩(wěn)傾倒的主要原因之一。

2.2 其它影響因素

思想認(rèn)識(shí)：管理層思想認(rèn)識(shí)不足，存在僥幸心理。對(duì)工作面回采前方煤層及頂板賦存的情況了解不足，重視程度不夠，在工作面坡度較大、可能造成倒架的地段，未采取任何防倒架措施（如調(diào)整工作面坡度、上防倒千斤，加固頂板等措施）；在工作面出現(xiàn)頂板破碎，支架上方空頂時(shí)，沒(méi)有維護(hù)頂板使支架接頂，導(dǎo)致影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大［12-15］。

管理措施：井下現(xiàn)場(chǎng)管理不到位，調(diào)架措施針對(duì)性不強(qiáng)。頂板破碎初期，煤幫、尾梁處漏矸嚴(yán)重，支架輕度傾斜，隊(duì)組沒(méi)有認(rèn)真思考造成支架傾斜的根本原因，只是簡(jiǎn)單使用單體柱調(diào)架，但效果不明顯，支架傾斜程度越發(fā)明顯，致使支架失去支點(diǎn)支撐，出現(xiàn)倒架現(xiàn)象，且不斷向兩端延伸。

安全培訓(xùn)：職工培訓(xùn)需要進(jìn)一步加強(qiáng)。本工作面是該礦首次試驗(yàn)的重型放頂煤支架，對(duì)回采傾斜煤層工作面發(fā)生倒架的原因及處理預(yù)防的知識(shí)培訓(xùn)不到位，職工缺乏應(yīng)對(duì)復(fù)雜條件的操作技能和經(jīng)驗(yàn)，一旦發(fā)生異常情況不能及時(shí)反饋和主動(dòng)采取有效措施，也是造成倒架的一個(gè)主要原因。

3 工作面倒架處理及預(yù)防措施

3.1 工作面倒架處理措施

工作面倒架嚴(yán)重時(shí)（支架最大傾斜24°），只采用單體柱調(diào)架已不能扶正支架，必須根據(jù)實(shí)際情況采取針對(duì)性措施進(jìn)行扶架。工作面必須清理干凈浮煤、浮矸，當(dāng)?shù)装遢^軟時(shí)，要在支架底座下進(jìn)行支墊，防止支架因底軟失穩(wěn)。由于該工作面頂板破碎不能采用原地調(diào)整的方法，所以必須邊推進(jìn)邊調(diào)整。

在35#～53#架范圍內(nèi)采取注膠措施，維護(hù)好頂板，確保頂板穩(wěn)定，孔距為3 m，孔深為3～6 m，傾角為0°～45°。提前在35#～53#架頂板鋪設(shè)金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為10 m×1 m。金屬網(wǎng)長(zhǎng)邊平行于煤壁，長(zhǎng)邊與上茬網(wǎng)長(zhǎng)邊搭接0.5 m，短邊搭接0.4 m，聯(lián)網(wǎng)間距0.2 m。打注頂錨索，在35#～53#架范圍內(nèi)，打注規(guī)格為φ21.6 mm×6 300 mm的錨索，若錨索張緊力達(dá)不到要求時(shí)，立刻改用 φ21.6 mm×8 300 mm的錨索進(jìn)行打注，工字鋼規(guī)格為0.6 m長(zhǎng)，11#工字鋼，每架1根，錨索布置在架間，每割一刀，打一排，排距0.8 m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取調(diào)架措施，調(diào)架應(yīng)結(jié)合頂板情況，降架至適當(dāng)高度，在支架傾斜側(cè)用單體柱頭部頂住支架頂梁，單體柱末端支在相鄰支架的底座上并捆綁牢固，單體柱的兩端必須墊膠皮或板木，嚴(yán)禁金屬直接接觸；先緩緩送液，待單體柱撐緊后，人員躲到距離單體柱5 m以外的支架間，遠(yuǎn)方操作單體柱，支架工通過(guò)支架電液控制面板遠(yuǎn)距離同時(shí)操作支架和防倒千斤直至扶正，升起支架，回掉單體柱。調(diào)架過(guò)程中要注意伸出支架前探梁和護(hù)幫板維護(hù)頂板，同時(shí)調(diào)整好架間距，35#～53#架必須伸出側(cè)護(hù)板，防止支架被擠死，調(diào)架過(guò)程中不得出現(xiàn)錯(cuò)茬架，當(dāng)支架出現(xiàn)錯(cuò)茬時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次調(diào)架。如果遇到煤幫松軟，無(wú)法使用采煤機(jī)割煤的情況，改用人工做巷的方法進(jìn)行推進(jìn)，調(diào)架措施按上述要求進(jìn)行。

3.2 工作面預(yù)防倒架措施

根據(jù)地質(zhì)部門提供的資料，若工作面機(jī)頭、機(jī)尾高差大時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整盡量減小工作面傾斜角度，當(dāng)工作面局部底板較軟時(shí)，可在支架底座下墊木料。工作面回采過(guò)程中，煤壁出現(xiàn)滾幫大、頂板破碎的情況，應(yīng)及時(shí)采取注膠穩(wěn)固煤壁。若空頂面積超過(guò)規(guī)定時(shí)，要及時(shí)提前移架，減小前方煤壁的長(zhǎng)時(shí)間空頂，防止大面積冒頂事故的發(fā)生。

工作面頂板破碎時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取上木梁或板木使支架接頂嚴(yán)實(shí)的措施，防止支架超高使用和冒頂事故的發(fā)生。根據(jù)工作面回進(jìn)風(fēng)高差，及時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡苯?，防止因工作溜子竄溜而引起支架歪倒下滑。在工作面回采前，必須組織全體職工對(duì)采煤作業(yè)規(guī)程、安全規(guī)程、崗位操作規(guī)程及相關(guān)的事故案例等進(jìn)行培訓(xùn)，不斷提高職工理論水平和實(shí)際操作技能，提高職工現(xiàn)場(chǎng)遇到突發(fā)事故時(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。當(dāng)開(kāi)采大傾角煤層的工作面時(shí)，液壓支架除了滿足初撐力的要求外，還要考慮到在坡度較大的區(qū)段加裝防滑防倒裝置、良好的擋矸護(hù)幫裝置、完備的調(diào)架裝置等。

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)采大傾角工作面時(shí)，工作面能否順利回采、按期達(dá)產(chǎn)，液壓支架的管理至關(guān)重要。因此，在日常工作中對(duì)工作面地質(zhì)條件和設(shè)備狀況要充分了解，管理上足夠重視，提前做好支架傾倒預(yù)防工作，一旦發(fā)生狀況，能夠及時(shí)采取措施，防止倒架事故的發(fā)生或范圍的擴(kuò)大，從而保證工作面始終處于比較穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)，達(dá)到高產(chǎn)高效的目標(biāo)。