綜采工作面液壓支架防倒防滑以及防壓架技術(shù)研究

＊樊振興

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦 山西 030000）

液壓支架在煤礦綜采工作面承擔(dān)著重要的支撐作用，它是保障煤礦綜采工作面安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，確保液壓支架的穩(wěn)定可靠布設(shè)對綜采工作面安全采煤意義重大。對于部分礦井綜采工作面，受巷道頂?shù)装鍡l件的影響，如頂?shù)装鍘r性較弱，為泥巖粉砂巖組的，以及綜采工作面傾角較大等不利因素的影響，在工作面回采期間液壓支架易出現(xiàn)歪抖下滑和壓架等問題。對此，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量研究，如趙榕[1]評價了大傾角綜采工作面液壓支架穩(wěn)定性及適應(yīng)性；劉晉平[2]分析了液壓支架的頂梁強(qiáng)度并進(jìn)行了液壓支架的優(yōu)化設(shè)計。但很少有學(xué)者專門針對液壓支架的倒滑原因及壓架原因進(jìn)行分析，并研究液壓支架的防倒滑及防壓架措施，對此，下文以西山煤電集團(tuán)某礦1201綜采工作面液壓支架倒斜情況為例，分析了液壓支架倒斜原因并提出了一系列具體防治措施，進(jìn)而達(dá)到更好的防治液壓支架倒斜的目的。

1.工程概況

西山煤礦一煤礦礦區(qū)的可開采煤層為1號煤和2號煤兩層煤。井田的地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分特殊，在開采中受到地區(qū)構(gòu)造帶的嚴(yán)重制約。

1201井田內(nèi)的煤層頂板以砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖和泥巖為主。底板巖中的主要成分為細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖等。該工作面煤層的平均厚度為6.7m，煤層傾角為16°～18°，在煤層中存在4～6層夾矸，夾矸的厚度分布在0.3～1.15m，夾矸的總厚度在2.03～2.99m，其中夾矸巖性以泥巖、炭質(zhì)泥巖和少量的粉質(zhì)泥巖為主。煤層劃分為5～7個小煤層，煤層含煤厚度為3.17～5.1m，平均煤層厚度超過4.13m，煤層含煤率62.0%。表1為2煤頂板巖性的穩(wěn)定性分類。

表1 2煤頂板穩(wěn)定性分類

根據(jù)資料[3]，1201、1101兩順槽巷道的2個煤段、1個煤段的2個順槽巷，在掘進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)了27個斷裂，其落差范圍為1～3.5m，走向為NW。其中，1201工作面在施工過程中，有9條斷裂在0.5m以上，4條對回采有重大影響，F(xiàn)9逆斷裂的最大落差為1.9m。

對1201煤層的物理性質(zhì)、復(fù)合結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)很容易出現(xiàn)煤層分層現(xiàn)象。由于工作面頻繁出現(xiàn)漏頂問題，導(dǎo)致工作臺支撐作業(yè)不穩(wěn)，對技術(shù)管理和安全生產(chǎn)都產(chǎn)生了很大影響。

依據(jù)1201工作面頂板巖石特性和頂板分級，現(xiàn)有1201綜放工作面的頂板是一種非常不穩(wěn)定的復(fù)雜頂板?；鶐r主要是砂質(zhì)泥巖和粉砂巖。2號煤層的巖體完整性較差，裂縫較多，機(jī)械強(qiáng)度較低。巖體的普氏硬度指數(shù)為1～3，屬于較弱的巖體，并存在較強(qiáng)的吸水性和膨脹性。

結(jié)果表明：1201綜放區(qū)的裂隙可以穿透頂、底板，極大削弱了巖石的整體穩(wěn)定性，造成頂板坍塌和底板損壞。煤層冒頂、底鼓等原因，使煤田的巖體變形、礦壓顯露，使油壓支承出現(xiàn)歪斜、咬架、壓架、作業(yè)難度大等問題。當(dāng)某一支架出現(xiàn)傾覆、壓死的情況，因支架之間的連接關(guān)系，如果支架歪斜、壓死事故處理不到位，致使頂板支護(hù)失效，則會造成更加嚴(yán)重的頂板事故。

2.軟巖頂板管理

(1)回風(fēng)順槽超前支護(hù)

由煤墻向外支撐2行50m的架棚支護(hù)（取決于頂板壓力和破碎的實(shí)際情況），一梁一柱：JHDB-1200鉸鏈?zhǔn)巾斄号cDW3.15/250-100X型單體液壓撐桿支撐著T形支架，其走向棚距巷中線的間距為1.1m。間距2.2m，柱距1.2m，一列15m，下幫一列橫梁支撐距136架側(cè)面護(hù)壁不超過0.3m。

(2)運(yùn)輸順槽超前支護(hù)

從煤墻往外推2列32m的預(yù)應(yīng)力支架（需要充分考慮電機(jī)、減速箱的因素），一梁一柱；選用JHDB-1200組合頂梁與DW3.15/250-100X型單體液壓支架支撐T形支架。柱距1.4m，柱距1.2m，下幫一列架子支撐距煤墻0.7m；從裝載機(jī)內(nèi)側(cè)到外邊的一列向式棚棚，由架棚至巷道上幫間隔0.4m，長度20m。

(3)上、下出口端頭支護(hù)

下部端頭由JHDB-1200鉸鏈?zhǔn)降鯒U與DW3.15/250-100X型單體液壓撐桿支撐2行T形支架，并在2列導(dǎo)軌上進(jìn)行加固。從下幫一列向棚子在切頂線上開出，與下幫相隔0.7m，而在另外一列走向棚與末端油罐之間的間距不超過0.5m，兩個方向的棚間距不低于0.8m。

上部結(jié)構(gòu)為JHDB-1200組合頂梁，與DW3.15/250-100X型單體液壓撐桿支撐3列向T形棚棚，下部一排架棚與端頭油壓支架不大于0.5m，在中段挖出一列架棚，在上邊為一列架棚，在離巷中線1.2m處設(shè)置，并按頂板的位置增加支護(hù)密度。

(4)切頂線特殊支護(hù)

兩順槽切頂線采取一梁兩柱，先支后回護(hù)的方法，對其進(jìn)行合理切割。單根立柱的規(guī)格為DW3.15/250-100X型。在支撐過程中，應(yīng)將鋼柱與頂板接實(shí)并接平，如有需要，可用后板、半圓木、舊道板等作支撐。在體液壓支柱支撐下，若鉆孔深度超過100mm，則應(yīng)使用塑鋼橡膠鞋套。

(5)兩順槽隅角頂板管理

工作面上、下隅角一般采用手工回填，如有需要，可采取機(jī)械回填。每一個工作班次都需要安排專門的工作人員進(jìn)行行頂、幫的超前脫錨的工序，提早脫錨超過2排（1.6m），而錨索超過2排。

上下隅角處的懸吊面積不得大于10m2，當(dāng)兩順槽采空區(qū)發(fā)生頂板塌陷不足或5m以上時，必須采用防風(fēng)墻。當(dāng)出口脫錨時，需要對可以拆除的錨桿進(jìn)行及時拆除，確實(shí)難以拆除的，需要進(jìn)行破壞性切割，避免加快頂部的坍塌。

(6)支護(hù)監(jiān)測

為確保工作面的有效支撐，在采場區(qū)設(shè)置了礦井壓力監(jiān)控系統(tǒng)。其裝置形式如下：①每10個機(jī)臺上設(shè)置1套KJ90-F16（D）型礦壓數(shù)字自動化取樣裝置；②在支架的控制閥上加裝GPD60型氣壓表，監(jiān)測支架阻力、頂板變化、支架幾何參數(shù)等；③采用GL1W300W無線移動式圍巖儀和GMY400礦用索）壓力傳感器，在兩條順溝間間隔50m處設(shè)置一套GL1W300W監(jiān)測巷道的礦壓顯示狀況。

3.綜采工作面支架傾倒的主要原因及支架傾倒事故處理對策

(1)綜采工作面支架傾倒的原因分析

1201綜放工作面內(nèi)，支架倒架的成因是多方面的，而且往往是相互耦合的。支架的倒塌有如下原因：

①采高與傾斜角的制約。1201工作面因開采高度與煤體傾斜度較大，支撐體的穩(wěn)定性較低，造成了支撐力的合力作用與其自身的中心位置產(chǎn)生了扭矩，從而使支架容易發(fā)生傾斜。但即便是小傾斜角，如果液壓支架基座沒有正確地設(shè)置，頂部底面平整程度較差也會造成支架的倒塌。

②由頂板的情況決定。在頂板狀況較差的情況下，在回采期間，部分工作面會發(fā)生冒頂，這時，即使支撐柱的最大行程也無法與頂板連接，也會造成支架傾斜的事故。尤其是當(dāng)工作面傾斜角度大于16°時，隨著傾斜角度的增加，工作面上的頂板冒落次數(shù)也隨之增加。在移動機(jī)架時，機(jī)架的傾角也會更大，造成傾斜的概率增加。

③受到地基松軟的制約。在開采過程中，由于開采底板較軟，浮矸過多，容易使支座下陷，使支座受力不均勻，從而影響支座的穩(wěn)定，并容易出現(xiàn)倒架情況。

④支架的使用方法也是導(dǎo)致其發(fā)生傾斜的重要因素。在工作面傾角超過16°的情況下，無法保證液壓支撐裝置的性能，一旦出現(xiàn)操作失誤，可能出現(xiàn)大規(guī)模的連鎖效應(yīng)，并導(dǎo)致嚴(yán)重的倒架事故。

(2)綜采工作面液壓支架傾倒處理方法與對策

①利用單體支柱穩(wěn)固。如果工作臺的液力支撐裝置發(fā)生微小傾斜，在移動的時候，可以將支撐桿扶正。在移架之前，采用單立柱支撐的頂梁，在移架過程中，通過單個單元進(jìn)行調(diào)整。②合理使用水力起重裝置對液壓支架進(jìn)行調(diào)整。在工作臺液壓支架發(fā)生較大傾角的情況下，采用水力千斤頂進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和校正。在液力支撐的上面，還可以使用一個起重裝置來調(diào)節(jié)吊桿的平衡。當(dāng)前大部分油管支架都設(shè)有防翻機(jī)構(gòu)，應(yīng)該對其進(jìn)行適當(dāng)應(yīng)用，最大限度地防止倒架事故的發(fā)生。

總之，如果出現(xiàn)倒架情況，一定要立即進(jìn)行處置，避免引起連鎖效應(yīng)，造成大面積的倒架跌落。

4.綜采工作面發(fā)生壓架的主要原因及事故處理對策

（1）綜采工作面發(fā)生壓架的主要原因是液壓支架的活柱被壓到?jīng)]有沖程，從而使其不能繼續(xù)向下移動。

通過對1201采區(qū)壓架出現(xiàn)的問題進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生壓架的主要因素有：一是采區(qū)煤體頂部較硬，不容易塌陷，容易使頂板露出，支承力量不夠，隨之工作面頂板壓架。二是由于采煤器在采煤過程中沒有對采高進(jìn)行有效管理，導(dǎo)致采高超過支架的最大支撐，導(dǎo)致支座無法與實(shí)際頂板對接，使采場頂板冒落現(xiàn)象難以控制。由于底板浮煤、浮矸過多，支架無法對頂板進(jìn)行有效支承，導(dǎo)致頂板的離層崩塌，巨大的沖擊力將支架壓碎。三是由于采場煤體不同，以及不同的地質(zhì)條件，在支座作業(yè)和應(yīng)用中，支撐桿的伸縮能力達(dá)不到要求，頂板一次壓力就會導(dǎo)致支座被壓。

根據(jù)以上原因，較早地采取必要防治措施具有實(shí)踐的必要性，如強(qiáng)制放頂，加強(qiáng)支架立柱維護(hù)，嚴(yán)格控制采出等。如遇到頂板出現(xiàn)部分突起，應(yīng)采取圍護(hù)措施，清除浮煤和浮矸，并采取人為措施，以改進(jìn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的外在環(huán)境，避免出現(xiàn)壓架意外。

（2）綜采工作面壓架事故處理方法及對策。①增加支持壓力。在1201采場頂板破裂區(qū)內(nèi)，采用一張鐵絲網(wǎng)制造的假頂，然后由一條或多條單桿支承于受壓的油管頂梁下，將液體輸送到被壓碎的油管柱上。增加支承壓力，反復(fù)抬起支柱，逐步放松頂板，從而使承壓支柱得到少許沖程，然后將單個支撐件收回，就可以將支撐件向前移動。采用這種方式，盡管其作用是顯著的，但若在支撐的上部橫桿下面，則必須豎向支撐，然后在支柱和頂梁之間增加支撐裝置，避免支柱的滑移造成人員傷亡。

②挑頂法。在采場頂板條件許可時，可采用爆破挑頂?shù)姆绞綄杭苓M(jìn)行處理。在爆破過程中，應(yīng)分批進(jìn)行，每一次裝藥量都不能太大，以免造成頂板松動，此時，將柱子抬起，進(jìn)行拉架。施工過程中，嚴(yán)禁不打孔，直接將炸藥、雷管置于頂板與頂板之間進(jìn)行爆破崩頂，必須嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》中有關(guān)采掘工作的相關(guān)規(guī)定。

③挖底法。當(dāng)工作面頂板狀況較差時，可以采取挖底的方式來處理壓架。在基座前底板上打淺孔，采用少量炸藥進(jìn)行爆破。爆破后將坍塌的碎石取出，讓基座降低，等立柱恢復(fù)一定的行程后，才能移動支架。

5.綜采工作面液壓支架上竄下滑的主要原因及事故處理對策

（1）綜采工作面液壓支架上竄下滑的主要原因。當(dāng)液壓支柱在綜采工作面上的工作時間超過一定區(qū)間，將會出現(xiàn)明顯的上竄下滑現(xiàn)象，即使工作面的傾角較小，并采取一定的措施進(jìn)行加固，仍然難以有效抑制煤炭輸送設(shè)備及支架極易出現(xiàn)上竄、滑脫現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和現(xiàn)場觀察，對設(shè)備滑動的主要原因進(jìn)行了分析：在固有重力作用下，傾斜工作面上的設(shè)備長時間運(yùn)行易出現(xiàn)下滑趨勢。同時，在移動臺推進(jìn)式輸送機(jī)的時候，也會引起設(shè)備的向下移動。在低傾角情況下，盡管滑動不明顯，但因傳送帶的微小位移而引起的托架運(yùn)動和托架發(fā)生了偏移和傾側(cè)。而偏轉(zhuǎn)的時候，就會給傳送設(shè)備帶來一種推動力。這樣會增加運(yùn)輸設(shè)備的上升和下降。因此，在生產(chǎn)中，運(yùn)輸設(shè)備和液壓支架的上升和下降，都是隨著時間的推移而增加的。

（2）綜采工作面液壓支架上竄下滑預(yù)防措施。①合理使用緊固設(shè)備。在運(yùn)輸裝置長時間上升和下降工作過程中，會造成液壓支架的位置變動。由于運(yùn)輸裝置的上升和下降，會導(dǎo)致液壓支架的運(yùn)動。在輸送機(jī)的前端和尾部，一般都裝有一個固定機(jī)構(gòu)，以保證運(yùn)輸設(shè)備的兩個末端是牢固的。在制造時，應(yīng)對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)那擅钸\(yùn)用，以減少無頂?shù)陌l(fā)生，有效防止輸送機(jī)、支架上竄和滑動。②正確調(diào)節(jié)工作表面。因1201綜放工作面發(fā)生了16°～18°的傾角，導(dǎo)致井架的滑動，針對這種情況，采取的主要措施是調(diào)整工作面。也就是說，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)工作面為假傾角，可以有效的消除支架滑動造成的影響。

6.結(jié)語

首先對1201綜采工作面的軟巖構(gòu)造情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，并全面考慮到設(shè)備的因素，生產(chǎn)環(huán)境的影響，以及綜采工作面的地質(zhì)情況等多方面的影響，對1201綜放工作面出現(xiàn)的倒架、壓架、下滑等問題進(jìn)行了研究，并根據(jù)煤層地質(zhì)情況及鄰近采區(qū)的礦井壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行了支護(hù)的設(shè)計與計算，并針對開采過特別區(qū)域采取了綜合防治對策，為保障煤礦井下開采作業(yè)的安全，提升了井下開采作業(yè)的安全性。