綜采工作面過(guò)斷層液壓支架倒架原因分析及控制技術(shù)研究

閆志杰

（西山煤電 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203）

1 工作面概況

鎮(zhèn)城底礦22212 工作面所采煤層為2 號(hào)煤，煤層穩(wěn)定，工作面煤層厚2.42~3.30 m，煤層厚度平均為2.82 m，結(jié)構(gòu)為1.63（0.47） 0.72。煤層整體呈一復(fù)式背斜構(gòu)造，S1 背斜軸向?yàn)?46°，S2 向斜軸向?yàn)?67°，S3 背斜軸向?yàn)?74°，S4 向斜軸向?yàn)?7°，煤巖層傾角為1°~15°，平均8°。工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式一次采全高全部垮落綜合機(jī)械化采煤方法。 工作面使用133 臺(tái)ZY5600-21/46 型液壓支架支護(hù)。

22212 工作面回采至運(yùn)輸順槽42 號(hào)點(diǎn)前5 m，回風(fēng)順槽31 號(hào)點(diǎn)前53 m，工作面揭露的5 條正斷層，具體見表1。

工作面運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭安全出口為600 mm，1~4號(hào)架頂板破碎，機(jī)頭端頭壓力大、1 號(hào)架支架行程低，13 ~47 號(hào)架托頂煤開采，4 ~13 號(hào)架向機(jī)尾方向倒，51~67 號(hào)架500 mm 偽頂破碎支架超高向機(jī)尾方向倒，架間漏煤嚴(yán)重，支架失去對(duì)頂板的有效支撐，給安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。22212 工作面煤層頂?shù)装迩闆r見表2。

2 支架倒架原因分析

（1） 支架超高。由于受斷層的影響，頂板破碎嚴(yán)重，多組支架出現(xiàn)超高使用現(xiàn)象，支架初撐力不達(dá)標(biāo)。22212 工作面進(jìn)入多斷層影響區(qū)域時(shí)，采高最高達(dá)到3.8 m，支架本身穩(wěn)定性受到影響。同時(shí)隨著支架高度的增大，其重心不斷增高移動(dòng)，重心在水平方向的分力隨之增大，當(dāng)支架重心在水平方向上偏離底座中心距離到臨界點(diǎn)時(shí)，支架便會(huì)發(fā)生傾倒。

（2） 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)操作人員操作不當(dāng)，工作面留肚或者挖底會(huì)造成大溜不直，加上經(jīng)常向一個(gè)方向移架，會(huì)使輸送機(jī)和支架向一個(gè)方向擠壓收縮，很容易出現(xiàn)支架小范圍的倒架、擠架現(xiàn)象。

（3） 工作面傾角越大，支架重心偏離底座中心距離越大，支架穩(wěn)定性越低[1]，當(dāng)支架重心在水平方向上偏離支架底座中心到臨界點(diǎn)時(shí)，支架便產(chǎn)生傾倒的趨勢(shì)。

表1 斷層情況及對(duì)回采的影響Table 1 Fault condition and its influence on mining

表2 22212 工作面煤層頂?shù)装迩闆rTable 2 Roof and floor of No.22212 Face

3 支架倒架控制技術(shù)

（1） 對(duì)過(guò)斷層期間頂板破碎段、托頂煤段采取鋪網(wǎng)上圓木、打錨索、錨桿加強(qiáng)支護(hù)；托頂煤煤層松軟易垮落段進(jìn)行煤壁注漿[2]。

（2） 倒架及傾斜的支架進(jìn)行扶架。使用相應(yīng)長(zhǎng)度的單體柱，一端頂在本架立柱柱窩的下側(cè)，另一端頂在下端頭側(cè)支架的底座間，單體柱用護(hù)繩拴在支架立柱上[3]；利用相鄰支架做為支點(diǎn)，向工作面上端頭側(cè)迎戧支架，移架的同時(shí)，利用液槍遠(yuǎn)距離給調(diào)架單體柱供液，從而防止支架向工作面下端頭傾倒。

（3） 托頂煤段煤層穩(wěn)定后，按一定的傾角提溜，采煤機(jī)每循環(huán)割煤時(shí)底刀距底板150 mm，上刀割頂煤150 mm，每刀煤提溜子150 mm。

（4） 工作面機(jī)頭比機(jī)尾落差高3.8 m，機(jī)頭比機(jī)尾推進(jìn)度超前1.2 m，在回采時(shí)采取按機(jī)頭與機(jī)尾4∶1（插刀口為40 號(hào)、80 號(hào)、130 號(hào)架） 推進(jìn)1 次，按3∶1（插刀口為65 號(hào)、130 號(hào)） 推進(jìn)2次，待機(jī)頭比機(jī)尾超前6 m 時(shí)，停止擺機(jī)頭，按正規(guī)推進(jìn)。

4 具體實(shí)施

4.1 鋪網(wǎng)上圓木

（1） 每3 架一組，在兩端支架上平行支架各架設(shè)1 根4.2 m 長(zhǎng)的11 號(hào)π 型花邊梁（以下簡(jiǎn)稱π 梁） 頂死煤壁，π 梁采空區(qū)一端與支架用錨鏈固定在支架頂梁的吊環(huán)上，煤壁一端距梁端0.25 m處打設(shè)單體支柱，單體緊貼煤幫。人員站在相鄰支架下方支護(hù)完好的地方從機(jī)尾往機(jī)頭方向穿入φ200 mm×3 m 的圓木，圓木垂直支架穿在2 架π 梁上，利用2.5 m 長(zhǎng)鉆桿推向煤壁，依次排列穿入圓木，直至圓木覆蓋支架頂梁100 mm 以上。

（2） 圓木鋪好后，人員站在相鄰支架（機(jī)頭側(cè)） 頂梁下方，用5 m 的10 號(hào)鐵絲做引繩，將鐵絲拴在金屬網(wǎng)的短邊處，從機(jī)頭往機(jī)尾方向穿引繩，引繩從機(jī)頭至機(jī)尾穿過(guò)后，人員站在相鄰支架（機(jī)頭側(cè)） 頂梁下方，利用引繩將金屬網(wǎng)短邊拖移至機(jī)頭側(cè)支架下方，用2.5 m 撬棍將網(wǎng)鋪平，然后用10 號(hào)雙股鐵絲將圓木與金屬網(wǎng)、π 梁捆綁牢固，完成第一道網(wǎng)的鋪設(shè)。采取護(hù)幫護(hù)頂措施后開始聯(lián)網(wǎng)、鋪網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)、鋪網(wǎng)時(shí)面向煤壁站在支架頂梁下方，鋪完后及時(shí)伸出護(hù)幫板將金屬網(wǎng)撐起。

（3） 上圓木前將金屬網(wǎng)放下，并將所移支架的掛網(wǎng)鐵絲解開。拉架時(shí)，要割一架拉一架，將拉出的支架降架300~500 mm，把φ200 mm×3 000 mm 的圓木沿工作面傾向鋪在支架上的金屬網(wǎng)下，把圓木與金屬網(wǎng)捆好后方可升架，隔一架降架鋪一根圓木，圓木梁頭緊緊對(duì)接，圓木全部鋪好后將未拉出的架全部拉出。

4.2 打錨索

從頂板破碎、托頂煤開采段兩側(cè)頂板完好處開始，由兩側(cè)向中間打錨索支護(hù)開始，與工作面煤壁成60°~80°夾角隔1 架打設(shè)1 根錨索。

工作面每循環(huán)割煤前采取“錨索、錨桿＋金屬網(wǎng)＋梯子梁”加強(qiáng)支護(hù)，間距1.5 m，排距0.6 m，錨桿、錨索均打設(shè)在架間頂梁前端0.2 m 處。其中，第1、2 排全部打注錨索，錨索長(zhǎng)度不小于3.5 m，第3 排開始，采用φ20 mm×2 200 mm 錨桿與3.5 m 錨索交替打注，頂板破碎時(shí)，每排進(jìn)行全錨索支護(hù)。

4.3 注 漿

（1） 注漿加固材料采用凝固力加固材料Ⅰ號(hào)對(duì)22212 工作面3~29 號(hào)、43~54 號(hào)、73~75 號(hào)支架頂板進(jìn)行注漿。

（2） 注漿主要工作是由氣動(dòng)注漿泵、注射混合槍、封孔器構(gòu)成。

（3） 注漿孔的布置。注漿孔每5 m 布置1 個(gè)孔，成一條線，注漿孔孔徑43 mm，各注漿孔孔深6 m，鉆孔仰角為25°~30°，封孔深度為1.5~2 m，每個(gè)孔注凝固力加固材料Ⅰ號(hào)A、B 兩種各100 桶。

（4） 注漿工藝流程。

施工準(zhǔn)備及安全檢查—孔位設(shè)計(jì)—儀器連接—打孔—注漿及封孔—清洗。

工作時(shí)吸料管分別插到A、B 兩種液體材料中，活塞泵通過(guò)吸排料管抽運(yùn)雙組份材料的2 種液體介質(zhì)，2 種液體壓送比例為1∶1，之后2 種液體分別通過(guò)高壓軟管壓送到注射槍里進(jìn)行混合，在設(shè)備的壓力下混合物通過(guò)注射管輸送到需要加固或充填的區(qū)域。

4.4 扶 架

扶架時(shí)，當(dāng)支架側(cè)護(hù)板能正常使用扶正支架，則用側(cè)護(hù)板扶架。

使用單體液壓支柱扶架時(shí)，按順序操作，扶架由5 人一組進(jìn)行作業(yè)，其中1 人專職操作支架，1人負(fù)責(zé)安全監(jiān)護(hù)，另外3 人負(fù)責(zé)操作單體支柱、液槍及遠(yuǎn)距離供液。步驟為，扶架由支架倒架的反方向從機(jī)頭向機(jī)尾依次進(jìn)行，其中2 人操作單體，選用合適長(zhǎng)度的單體，將單體頂端頂在下一支架的馬鞍梁上，末端頂在本架的頂梁的立柱窩內(nèi)，另一人操作液槍將單體微微撐緊，單體頂端和末端做好防倒措施，采用10 號(hào)雙股鐵絲將單體頂端和末端分別拴在支架上固定牢靠，待操作單體人員退到安全位置后，一人操作本架降架，一人負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離供液，遠(yuǎn)距離供液人員聽從操作本架人員的命令進(jìn)行停送液，兩人配合將本架拉出升緊。

拉出后支架若與相鄰兩架有間隙，將上一架與本架側(cè)護(hù)板伸出，若支架仍有間隙，或支架升緊后錯(cuò)差超過(guò)側(cè)護(hù)板的高度，可能導(dǎo)致架間漏矸時(shí)使用合適寬度的板梁或圓木沿工作面傾向挑在架間，用單體撐緊，雙股10 號(hào)鐵絲拴在單體手把上與支架緊固連接。

4.5 提 溜

托頂煤段煤層穩(wěn)定后，按一定的傾角提溜，每刀煤提溜子150~200 mm。在割煤過(guò)程中提溜，提溜時(shí)班長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)指揮，采煤機(jī)司機(jī)及支架工密切配合，每循環(huán)保持采煤機(jī)底刀距底板150~200 mm，同時(shí)升起采煤機(jī)上刀割頂煤150~200 mm，推溜過(guò)程中提起溜子。

4.6 調(diào) 斜

根據(jù)井下實(shí)際情況，支架工與采煤機(jī)司機(jī)配合將工作面調(diào)整偽斜，待運(yùn)輸機(jī)向機(jī)尾后竄，機(jī)頭安全出口達(dá)到要求后，采用正規(guī)回采方法割煤。

5 應(yīng)用效果

按照以上方式對(duì)工作面進(jìn)行施工，雖然工作進(jìn)度慢，但通過(guò)鋪網(wǎng)上圓木、打錨索、注漿、扶架以及工作面開始推進(jìn)時(shí)采取的運(yùn)輸機(jī)提溜和工作面調(diào)斜等方法，工作面支架逐漸扶正。

在實(shí)施通過(guò)坡度規(guī)對(duì)工作面倒架區(qū)域進(jìn)行支架傾斜角度的測(cè)量，通過(guò)圖1 中數(shù)據(jù)可以看出，工作面的支架傾斜角度降到了7°以下，基本恢復(fù)了正常，同時(shí)在接下來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程中繼續(xù)按照上述方法繼續(xù)施工，直至工作面完全恢復(fù)正常。

6 結(jié) 語(yǔ)

發(fā)生液壓支架傾倒現(xiàn)象，會(huì)對(duì)工作面的安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，在生產(chǎn)過(guò)程中，要分別針對(duì)具體的地質(zhì)條件分析倒架原因，采取加強(qiáng)支護(hù)、注漿、扶架、提溜及調(diào)斜等技術(shù)，避免液壓倒架現(xiàn)象的發(fā)生，做到安全高效生產(chǎn)。

圖1 22212 工作面支架傾斜角度對(duì)比Fig.1 Comparison of support inclination angle of No.22212 Face