大平煤礦S2S6工作面液壓支架倒架的原因、預(yù)防、治理及改進(jìn)意見(jiàn)

劉玉昌 楊清成 盛時(shí)超

【摘? 要】論文結(jié)合工作實(shí)踐，分析總結(jié)了大平煤礦S2S6綜放工作面生產(chǎn)過(guò)程中，治理液壓支架倒架的技術(shù)手段及其效果，系統(tǒng)分析了造成支架傾倒的各方面因素，并介紹了預(yù)防和治理倒架的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)有關(guān)設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)及選用提出了建議。

【Abstract】Combined with the working practice， this paper analyzes and summarizes the technical means and effect of treating the hydraulic support falling in the production process of S2S6 fully-mechanized mining working face in Daping Coal Mine， systematically analyzes various factors causing support falling， introduces relevant experience of preventing and controling support falling， and puts forward suggestions on the advantages， disadvantages and selection of relevant equipment.

【關(guān)鍵詞】液壓支架;傾倒;預(yù)防;治理

【Keywords】hydraulic support; falling; prevention; treatment

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD355? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2022）01-0188-03

1 S2S6段綜放工作面的基本情況

S2S6段綜放工作面位于大平煤礦南二采區(qū)南部，工作面傾斜長(zhǎng)度300m，走向長(zhǎng)度1 315m，工作面平均煤層厚度12.77m，煤層普氏系數(shù)f為1.4。

該工作面煤質(zhì)工業(yè)牌號(hào)為長(zhǎng)焰煤，黑色、瀝青-弱玻璃光澤、條帶狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、貝殼狀斷口或平坦?fàn)顢嗫?、質(zhì)脆，以亮煤為主，暗煤次之。在亮煤條帶中常見(jiàn)兩組垂直層面的內(nèi)生裂隙，一組發(fā)育，另一組次之，裂隙面平坦。在裂隙中常有方解石及黃鐵礦薄膜充填。煤層與頂?shù)装逡话銥檎辖佑|。

S2S6段綜放工作面煤層賦存于-560～-690m，結(jié)合工作面實(shí)見(jiàn)、探煤及鄰近鉆孔分析：一煤層最大可采厚度為10.10m，最小為7.80m，一般為8.22m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自然分層最多19層，少者5層。煤層傾角為1°～9°，平均7°。二煤層最大可采厚度為6.00m，最小為3.00m，一般為4.03m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自然分層最多11層，少者7層。煤層傾角為1°～9°，平均7°。煤層中的夾矸多為泥巖，個(gè)別為炭質(zhì)泥巖。深灰色或黑灰色，泥質(zhì)膠結(jié)、質(zhì)軟易碎，遇水泥化、塊狀構(gòu)造，其單層厚度一般為0.05～0.57m。

該工作面為走向長(zhǎng)壁方式布置，綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采。2019年5月投產(chǎn)，其投產(chǎn)以來(lái)，工作面始終伴有兩條或以上大落差低角度正斷層，為工作面安全管理、煤質(zhì)管理、標(biāo)準(zhǔn)化工作造成持續(xù)不利影響。

在S2S6段綜放工作面初采時(shí)，機(jī)頭段液壓支架?chē)?yán)重倒架，個(gè)別支架傾角一度超過(guò)30°。在分析倒架的主輔原因的前提下，落實(shí)了控水、順底、保護(hù)頂板的綜合措施，逐步恢復(fù)了工作面液壓支架狀態(tài)。但在隨后的回采過(guò)程中，工作面又發(fā)生多次支架傾角大范圍增加的情況，對(duì)工作面穩(wěn)定生產(chǎn)、安全質(zhì)量保障、標(biāo)準(zhǔn)化工作造成較大不利影響，在此過(guò)程中，大平煤礦逐漸摸索積累了預(yù)防和治理倒架的一些經(jīng)驗(yàn)。

2 綜放工作面發(fā)生倒架的原因

2.1 綜放工作面液壓支架倒架的一般性條件

2.1.1 頂板破壞

在綜放工作面生產(chǎn)推進(jìn)過(guò)程中，液壓支架反復(fù)初撐，頂板受到充分?jǐn)噭?dòng)，當(dāng)結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度受到破壞降低，使頂板達(dá)到屈服極限發(fā)生破壞，必然造成破碎的頂煤從架前、架間向下漏冒，造成支架上方局部空頂，液壓支架一定程度上方空載，進(jìn)而導(dǎo)致頂板對(duì)支架的約束作用減弱。支撐壓力進(jìn)一步向煤體深部轉(zhuǎn)移，加速前方煤體的破壞。當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)時(shí)，進(jìn)入支架上方的部分頂煤形成散體狀態(tài)，承載能力弱，造成支架無(wú)法保持足夠的工作阻力。當(dāng)進(jìn)行升架作業(yè)時(shí)，為保證支架的初撐力要求，被迫升高支架又造成了支架高寬比增大、重心上移、自穩(wěn)性降低，同時(shí)，導(dǎo)致支架頂梁側(cè)護(hù)板與鄰架的約束失效。

2.1.2 底板失穩(wěn)

當(dāng)綜放工作面發(fā)生倒架，生產(chǎn)一線(xiàn)一般性的做法是使用單體液壓支柱或其他手段，在拉移液壓支架時(shí)額外增加輔助的側(cè)向推力，并充分利用液壓支架側(cè)護(hù)板的作用逐步恢復(fù)液壓支架合理的支護(hù)狀態(tài)。但在一定的底板條件下，這個(gè)過(guò)程的弊端同樣明顯：治理過(guò)程中由于直接支撐作用、單體乳化液跑冒浸泡、液壓支架初始姿態(tài)等，底板完整性遭到破壞，無(wú)法為液壓支架提供穩(wěn)定的、方向合適的支撐，進(jìn)而造成支架調(diào)整效果微小、反復(fù)，治理難度大幅增加。

2.1.3 放煤不均

綜放工作面后部運(yùn)輸機(jī)放煤是非常關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，要求必須嚴(yán)格管理，達(dá)到穩(wěn)定、均勻放煤的目的，如果架后放煤不均衡、局部超放，將造成局部放煤切頂線(xiàn)發(fā)生一定程度的、分布不均衡的變化，進(jìn)而使應(yīng)力集中，段頂板遭到較大程度破壞，直接進(jìn)入一種惡性循環(huán)。

2.2 S2S6段綜放工作面液壓支架倒架的具體原因

準(zhǔn)確地說(shuō)是探究為什么機(jī)頭段支架會(huì)多次發(fā)生倒架。結(jié)合以上綜放工作面液壓支架傾倒原因的一般性分析，通過(guò)對(duì)工作面開(kāi)采以來(lái)歷次治理倒架的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)進(jìn)行反思，該工作面機(jī)頭段支架多次發(fā)生倒架的原因是多方面的，但最根本的是受自然條件、設(shè)備特點(diǎn)、操作不當(dāng)和其他因素影響，區(qū)段頂板破碎、底板軟化，造成液壓支架“站不住、扶不起”。分析具體原因包括以下幾個(gè)方面。

2.2.1 工作面的自然條件

大平煤礦工作面以走向長(zhǎng)壁方式布置，工作面煤層傾斜坡度一般為8°。自工作面初采以來(lái)，以S2S6F4、S2S6YF11為代表的低角度斷層及其衍生構(gòu)造對(duì)工作面構(gòu)成多方面的持續(xù)影響：首先，為減少煤炭資源損失，工作面傾斜坡度不均衡，機(jī)尾段坡度平緩，而90#支架至機(jī)頭段在不同時(shí)段坡度大幅增加（運(yùn)輸機(jī)坡度經(jīng)常接近或達(dá)到13°）;其次，斷層組影響范圍廣，煤巖層紊亂易破碎，周期來(lái)壓期間尤為明顯。

工作面走向坡度對(duì)液壓支架工作姿態(tài)的影響很大。總體上來(lái)說(shuō)，S2S6工作面開(kāi)切眼至走向中段大體上為俯采，而后半段總體上呈仰采姿態(tài)。俯采時(shí)，在推進(jìn)坡度、傾斜坡度及設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的綜合影響下，支架擺角、傾角更易增大。

2.2.2 液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本工作面選用ZF15000/19/32型液壓支架，該支架為支撐掩護(hù)式、后四連桿結(jié)構(gòu)，自重43t，設(shè)備噸位大且重心靠后，在俯采推進(jìn)拉移支架時(shí)，支架后部容易向低處（機(jī)頭側(cè)）滑動(dòng)，造成支架擺角、傾角具有增大趨勢(shì)，當(dāng)頂板破碎無(wú)法有效“扶”住支架時(shí)，就會(huì)造成支架傾角增大。

該液壓支架配有抬底缸，相應(yīng)地，沒(méi)有支架底封板。設(shè)置抬底缸的初始目的是在底板松軟、支架扎底時(shí)，抬升支架前端便于拉移支架。但舍棄支架底封板的“后遺癥”凸顯：一是大大增加了支架比壓，特別是支架前端比壓，俯采條件下尤甚;二是大平煤礦圍巖風(fēng)化后具有強(qiáng)流變性，尤其是底板泥巖暴露時(shí)，風(fēng)化為近似泥漿狀，擠進(jìn)推拉千斤頂與液壓支架底座空隙中，為支架拉移、調(diào)整姿態(tài)增加難度。當(dāng)?shù)装逅绍浤嗷巴小辈环€(wěn)支架時(shí)，調(diào)整支架近似于做無(wú)用功。

另外，該型液壓支架柱窩較深，支撐缸偏轉(zhuǎn)空間極小，當(dāng)支架傾角發(fā)生變化時(shí)，支架隨形調(diào)整能力相對(duì)不足，自身工阻大的優(yōu)勢(shì)得不到足夠的調(diào)動(dòng)，不利于更有效地“護(hù)住”頂板，在調(diào)整支架傾角時(shí)也受到局限。

該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是，該型號(hào)液壓支架的側(cè)護(hù)板缸具有非常好的實(shí)用性，在調(diào)整和保持支架姿態(tài)工作中，發(fā)揮了極其重要的作用。

2.2.3 人為原因造成的頂板破壞

在回采作業(yè)中，如果操作不當(dāng)，會(huì)加劇頂板的破碎程度。其中，最關(guān)鍵的一環(huán)就是放煤作業(yè)，綜放工作面追求盡量降低頂煤損失率，必然會(huì)造成放煤混矸率增大，在這個(gè)過(guò)程中，頂煤垮落線(xiàn)會(huì)不斷向支架前方延展，破壞頂板的完整性，加之，因工作面較長(zhǎng)，運(yùn)輸機(jī)負(fù)荷大，員工操作時(shí)多傾向在機(jī)頭側(cè)“挖潛”，造成放煤不均衡，必然提高機(jī)頭側(cè)頂板破碎程度。

如果工作人員對(duì)支架性能不夠熟悉，拉架作業(yè)后可能造成如采高超高、尾梁過(guò)低、后柱不降等各種質(zhì)量問(wèn)題，這些狀況的出現(xiàn)會(huì)不同程度地破壞支架支護(hù)整體性、弱化支架支撐效果。

另外，員工拉移支架方式粗放，額外重復(fù)擾動(dòng)頂板，同樣是頂板完整性的嚴(yán)重威脅。

2.2.4 水對(duì)工作面底板的破壞

自回采以來(lái)，工作面機(jī)頭段底板一般來(lái)說(shuō)貼煤層底板，以泥巖為主，巖性松軟，遇水加速風(fēng)化趨泥漿狀。同時(shí)，因?yàn)闄C(jī)頭段底板一直處于地勢(shì)低洼處，如巖層含水、消塵用水、工業(yè)跑冒滴漏等各類(lèi)水源匯聚于此，造成泥巖底板長(zhǎng)時(shí)間潮濕，軟化后降低其支撐能力。

2.2.5 急于處理支架傾倒對(duì)頂?shù)装逶斐啥纹茐?/p>

從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，支架傾倒后切不可盲目慌亂強(qiáng)行調(diào)整支架度數(shù)。在頂板破碎、底板軟化的環(huán)境下，使用單體或其他方式強(qiáng)行調(diào)整支架只會(huì)暫時(shí)維持?jǐn)?shù)據(jù)的合理性，但必然造成反復(fù)擾動(dòng)頂板、破壞底板、單體泄水等不利事實(shí)，飲鴆止渴，切不可為。

3 有效預(yù)防和治理倒架的技術(shù)措施

如上所述，S2S6段綜放工作面支架傾倒的原因簡(jiǎn)單說(shuō)包括：局部坡度大、支架自重大、比壓大且重心靠后、頂板破碎、底板軟化。針對(duì)造成倒架的各種因素中可以人為控制的方面，宜采取以下幾方面措施預(yù)防和治理倒架。

3.1 控制工作面走向和傾向的坡度

加強(qiáng)綜放工作面頂?shù)装宓墓芾?，班組長(zhǎng)與采煤機(jī)司機(jī)應(yīng)熟練掌握采煤機(jī)及滾筒的基本數(shù)據(jù)，生產(chǎn)時(shí)控制頂?shù)椎陡叨?，截割采高原則上控制在3.0～3.2m。工作面走向、傾向坡度平緩，一般情況下，盡量保持不大于13°?？刂祈敯暹B續(xù)平順，液壓支架頂梁不出現(xiàn)明顯錯(cuò)差?？刂频装迤露绕骄?，杜絕急坑急包。如果工作面遇地質(zhì)構(gòu)造如斷層，應(yīng)該在兼顧工作面資源回收率和設(shè)備磨損的情況下，盡量在構(gòu)造前后超前做好底板順平工作，使工作面內(nèi)斷層上下盤(pán)之間平緩過(guò)渡。

3.2 細(xì)化放煤工藝，盡量均衡放煤

工作面放煤要盡量均衡：機(jī)尾段加強(qiáng)放煤監(jiān)管;機(jī)頭段嚴(yán)禁過(guò)度放煤，見(jiàn)油頁(yè)巖停放;斷層影響區(qū)域不得使用尾梁攪動(dòng)放煤;要求加強(qiáng)放煤監(jiān)管，放煤人員按段負(fù)責(zé)、按時(shí)循環(huán)，堅(jiān)決落實(shí)多輪循環(huán)放煤工藝。對(duì)干部和驗(yàn)收員必須強(qiáng)化抽查檢查，交接班時(shí)間詳細(xì)檢查后部運(yùn)輸機(jī)放煤情況，對(duì)于連續(xù)見(jiàn)矸者執(zhí)行處罰。煤礦區(qū)隊(duì)布置生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮當(dāng)日工作面幫頂情況，考慮前部運(yùn)輸機(jī)因片幫造成出煤量增大時(shí)，后部運(yùn)輸機(jī)放煤量適當(dāng)進(jìn)行合理的調(diào)整。

3.3 控制采煤機(jī)速度和支架移架距離

工種之間默契配合，控制采煤機(jī)速度，保證放煤環(huán)節(jié)和移架環(huán)節(jié)的時(shí)間和作業(yè)質(zhì)量。拉移液壓支架杜絕不合規(guī)操作：移架時(shí)先縮后柱、緩降快送，帶壓擦頂移架;升架必須到位;工作面頂板有破碎趨勢(shì)時(shí)，必須超前拉架。采煤機(jī)運(yùn)行速度合理，與液壓支架移架距離必須與作業(yè)規(guī)程規(guī)定嚴(yán)格相符。

3.4 加強(qiáng)用水管理，減少跑冒滴漏

工作面嚴(yán)格控制各種生產(chǎn)用水，漏液的缸必須及時(shí)處理、更換或摘除。工作面杜絕任何常流水，各類(lèi)噴霧保證霧化效果，使用時(shí)控制水量，用后及時(shí)關(guān)閉。盡量減少單體使用頻次。工作面消塵必須使用噴霧頭，且必須控制水量和消塵時(shí)長(zhǎng)，嚴(yán)禁積水。對(duì)于需要使用水臨時(shí)降溫、降阻的，要由專(zhuān)人監(jiān)管水量和使用時(shí)間，無(wú)必要時(shí)必須立即關(guān)閉。生產(chǎn)班嚴(yán)禁拼設(shè)備，尤其各種液壓設(shè)備，每班驗(yàn)收員必須對(duì)當(dāng)班控水情況進(jìn)行評(píng)估，不按規(guī)定執(zhí)行或者執(zhí)行不到位的按制度嚴(yán)格落實(shí)處罰。檢修班嚴(yán)格落實(shí)包機(jī)制，設(shè)備損壞及時(shí)處理，對(duì)檢修不到位造成長(zhǎng)期跑水的從嚴(yán)處罰。

3.5 工作面局部出現(xiàn)倒架趨勢(shì)時(shí)予以科學(xué)應(yīng)對(duì)

首先，必須掌握每班支架傾倒的范圍和程度;其次，倒架前必然頂板破碎，應(yīng)該隨時(shí)掌握工作面頂板破碎的原因，如來(lái)壓、構(gòu)造或其他因素;最后，要了解底板條件，是否完好且坡度平緩。根據(jù)掌握情況，積極穩(wěn)妥科學(xué)應(yīng)對(duì)。

第一時(shí)間控制倒架范圍后部放煤量，嚴(yán)禁放矸，減少對(duì)頂板的擾動(dòng)，必要時(shí)加快推進(jìn)速度。對(duì)于幫頂破壞程度較大的，堅(jiān)決執(zhí)行超前拉架，帶壓擦頂移架。嚴(yán)格控制該區(qū)段用水，關(guān)閉各種不必要的用水。值得注意的是，對(duì)于頂板破碎段個(gè)別保持完整頂板的支架，必須以最高級(jí)別的重視態(tài)度養(yǎng)護(hù)好，只要頂板破碎段不連成片，就不會(huì)造成大范圍支架倒架，保持耐心，按部就班，工作面局部倒架就必然會(huì)得到有效治理。例如，2020年春節(jié)后復(fù)工以來(lái)，S2S6工作面來(lái)壓造成幾次支架傾角增加，大平煤礦沒(méi)有采用加快推進(jìn)的方式，僅落實(shí)常規(guī)技術(shù)手段，即實(shí)現(xiàn)了快速擺脫支架倒架的技術(shù)目標(biāo)。

4 ZF15000/19/32型液壓支架的改進(jìn)意見(jiàn)

4.1 取消抬底缸，配備支架底封板

前文已經(jīng)論述了配備抬底缸的得失，支架底座比壓一般呈倒梯形，對(duì)于自重較大的支架，在底板松軟的條件下，使用抬底缸得不償失，建議取消抬底缸，配備牢固可靠的底封板，充分封閉底板，且更能發(fā)揮底板的支撐作用。

4.2 側(cè)護(hù)板缸設(shè)計(jì)為雙側(cè)雙活形式，適當(dāng)增大側(cè)護(hù)板缸尺寸

該型號(hào)液壓支架的側(cè)護(hù)板缸是亮眼設(shè)計(jì)，在處理和維護(hù)支架時(shí)發(fā)揮了重要作用，但受單側(cè)設(shè)計(jì)所限，且缸體型號(hào)略小，有些技術(shù)目的實(shí)現(xiàn)過(guò)程煩瑣且漫長(zhǎng)。建議將側(cè)護(hù)板缸設(shè)計(jì)為雙側(cè)雙活的形式，并增大缸體尺寸。這樣在調(diào)整支架時(shí)，可以在一次拉移中實(shí)現(xiàn)較大程度的目標(biāo)調(diào)整，可以切實(shí)地減少對(duì)頂板的擾動(dòng)次數(shù)。同時(shí)，雙側(cè)側(cè)護(hù)板在特定條件下，可以增加頂板支護(hù)面積，更有效地保護(hù)頂板。

4.3 改進(jìn)支架支撐缸與頂梁連接方式

該支架支撐缸與頂梁主要采用耳銷(xiāo)連接方式，這種形式的連接相對(duì)較弱，易被破壞，調(diào)整支架時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)后柱降不下來(lái)或拉壞耳銷(xiāo)、耳窩的情況，也使一些操作方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該將這部分重新設(shè)計(jì)為更加堅(jiān)固耐用的構(gòu)件。

4.4 減少支架柱窩深度

減少支架柱窩深度的目的是使頂梁、支撐缸、底座三者可以更加靈活地進(jìn)行調(diào)整，隨頂?shù)装鍫顟B(tài)變化，按操作人員要求改善支護(hù)姿態(tài)。

4.5 合理選用ZF15000/19/32型液壓支架

ZF15000/19/32型液壓支架具有工作阻力大、防護(hù)全面、周密等優(yōu)點(diǎn)，在條件具備時(shí)可以為實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)創(chuàng)造有益條件，但其同樣有后部空間狹小、重心偏后、比壓較大的缺陷，建議有以下情況之一的工作面慎重選用：工作面易底鼓、工作面傾斜坡度較大、長(zhǎng)期持續(xù)俯采、底板松軟易風(fēng)化等。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)進(jìn)步，粗放型的生產(chǎn)工藝和作業(yè)習(xí)慣顯然已經(jīng)跟不上時(shí)代的腳步，包括煤炭行業(yè)在內(nèi)的工業(yè)企業(yè)員工，應(yīng)該不斷提高業(yè)務(wù)水平和學(xué)習(xí)能力，在生產(chǎn)實(shí)踐中磨礪，將現(xiàn)場(chǎng)與理論統(tǒng)一起來(lái)，增強(qiáng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

技術(shù)與裝備必須是為生產(chǎn)服務(wù)的，應(yīng)該在適應(yīng)生產(chǎn)條件的情況下應(yīng)用。同時(shí)，生產(chǎn)單位必須加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高對(duì)各類(lèi)裝備的掌握程度。新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用都是在摸索中不斷完善、提高的，不能因噎廢食，在實(shí)踐中掌握并充分發(fā)揮新技術(shù)、新裝備的優(yōu)勢(shì)，并逐步改進(jìn)其不足，從而促進(jìn)技術(shù)裝備水平不斷提升。而經(jīng)歷困難考驗(yàn)，最終克服困難，無(wú)論是對(duì)于增強(qiáng)設(shè)備的實(shí)用性，還是對(duì)于提升隊(duì)伍的戰(zhàn)斗力，都具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。