大倾角工作面支架稳定性分析及控制措施的研究

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　　摘要：文中以1205大倾角工作面为工程背景，分析了影响回采面液压支架稳定性的影响因素，并提出了一些有针对性的支架稳定控制措施，以便为大倾角工作面液压支架的稳定控制提供一些有益借鉴。
　　关键词：大倾角煤层;液压支架;稳定控制;影响因素
　　我国煤炭资源丰富，煤层赋存条件也比较复杂，其中在西部地区有超过60%的矿井开采有大倾角煤层。同时随着煤炭开采强度以及开采时间的增加，浅部地质条件较好的煤炭资源日益萎缩，大倾角煤层的开采量逐渐增加[1-3]。综合机械化开采是实现大倾角煤层经济高效生产的重要前提，特别是对于工作面液压支架的控制，成为制约大倾角煤层开采急需解决的问题[4-5]。大倾角煤层开采之后，液压支架在自身重量作用下，支架出现下滑或者倾覆的可能性较大，回采工作面经常会出现支架下滑、咬架或者倾倒等问题。
　　1 概述
　　某矿1205主采2号煤层，煤层结构较为简单，煤层裂隙较为发育，透气性好，厚度在2.2～3.2m，平均厚度在2.8m，煤层埋藏倾角在26～42°，平均在34°。在煤层距离上部顶板0.5m左右赋存有厚度在30mm的泥岩，较为稳顶。2号煤层伪顶为粉砂岩，直接顶为厚度在1.8m泥质砂岩，基本顶为厚度在6.5m的中砂岩，呈现出灰白色。直接底为厚度在7m的粉砂岩，中间夹着有细砂岩，呈现黑灰色。现井下正在回采1206工作面位于一向斜左翼，回采面运输巷沿着向斜轴掘进，回采工作面的地质构造较为复杂，发育有多条断层。
　　2 液压支架稳定性分析
　　2号煤层属于大倾角煤层，液压支架出现失稳的方式主要有倾倒、下滑以及扭斜等，影响支架稳定性的因素归结起主要是两个方面：一是回采面地质条件，二是液压支架自身结构设计。开采煤层倾角、地质构造、媒体自身强度都会影响到液压支架的稳定;液压支架自身的初撑力、支架重心位置、支架形状以及自身配备的防滑装置都会影响到支架的稳定。
　　2.1 煤层赋存倾角
　　矿井开采的2号煤层倾角在26～42°，当回采工作面采用的液压支架沿着煤层倾斜方向上产生的水平分向力超过支架底座与底板之间的摩擦力时，支架就可能出现下滑，当支架自身的重心点超过支架底座时，就可能会出现倾倒情况。在回采工作面实际生产过程中，由于受到支架立柱作用，液压支架与煤层顶板之间的摩擦阻力往往较大，支架顶部不会轻易的出现异动。但是，当支柱的支撑力较小或者无支撑力时，液压支架就会出现下滑。现实生产过程中，回采面液压支架的排列往往较为紧密，并且液压支架受到顶梁以及侧向护板的作用，但是支架的底座间的间隙往往较大，底座容易出现下滑，从而引起液压支架向上出现倾倒。
　　2.2 煤层顶底板及支架受力情况
　　液压支架与煤层顶底板接触密切，当煤层顶板裂隙较为发育时，顶板在采用作用下容易出现下沉，伴随着向下移动，则会引起液压支架出现一定的后倾，导致支架出现倾倒。当顶板出现冒落时，液压支架与顶板间的接触消失，形成空顶，支架失去顶板力的作用，在自身的重力作用下会引起支架失稳。当顶板、底板的平整性较差时，会影响到支架与顶、底板间的接触密切程度。当顶板不平整时，支架顶梁受力不均衡，顶梁容易出现台阶，严重时造成支架出现倾斜或者两个不同支架出现咬架;当煤层底板不平时，支架底座受力不均衡，进而引起立柱受力，造成支架出现倾倒。同时顶、底板受到水作用，支架与顶、底板间的摩擦力降低，影响支架的稳定性。
　　2.3 支架位置
　　一般情况下，处于回采面中部的液压支架排列往往较为紧密，支架受到临近的支架作用力较强，在回采面两端的支架往往一侧没有约束力作用，因此，回采面两端的支架稳定性要较中间位置差。回采面上端头支架容易出现向上倾倒，下端支架容易出现向下倾倒。沿着煤层倾斜方向上，回采面的回采高度出现变化时，煤层顶底板间不平行，上边过度段的倾角增加，下端过渡段的倾角值降低，影响原有的支架受力状态，支架的稳定性受到影响。
　　2.4 开采高度及支架结构类型
　　当煤层开采厚度较大时，对应的支架高度也较高，支架的重心位置也对应的偏高，支架的重量较大，液压支架的底座变化大，支架稳定性降低。
　　3 支架稳定控制措施
　　3.1 液压支架设计
　　在回采面液压支架安装初期就采用从工作面下端位置开始安装依次往上进行。对于1205回采工作面来说，控制支架稳定的重点在于回采工作面的中上位置，因此，对于该位置的液压支架，除了应安设必备的防倾斜装置以外，在支架底座上还应安设水平调底防滑移装置，在支架的頂梁上安设防倒装置。同时在液压支架底座与刮板输送机之间安设防滑千斤顶，不仅可以增强刮板输送机的稳定性，同时也可以提升支架稳定性。合理的提升液压支架的初撑力以及工作阻力，选择较大直径的立柱，及时的对液压支架进行维护，出现故障时及时进行修理，确保支架稳定。
　　3.2 采煤工艺
　　合理的确定回采面采煤工艺，对于大倾角煤层，可以采用伪斜开采方式布置回采工作面。采用这种回采面布置方式不仅可以增加液压支架及其他回采面设备稳定性，还可以提升采煤机、刮板机等设备的稳定性。采用伪斜布置方式，煤层的实际倾角变小，同时可以给刮板输送机产生一定的作用力，防止刮板输送机出现下滑。在回采工作面液压支架移架过程中，对于支架的测向护板以及平衡千斤顶应不断的调整位置，以便支架顶梁以及底座与顶板、底板接触良好，增加支架稳定。当支架出现倾斜趋势时，应引起足够的重视，在支架移架过程及时对支架的侧护板及千斤顶位置进行调整，使得支架趋于稳定。
　　3.3 控制开采高度及支架移动
　　按照开采设计，严格的控制回采面采煤高度，不仅可以保证回采面综采设备的稳定，而且还可以增加回采的推进速度，降低回采面空顶距离，减轻液压支架工作载荷。保证液压支架乳化液泵站有足够的压力，这样不仅有利于提升支架的工作阻力以及支架初撑力，而且利于提升支架的整体稳定。在移动液压支架时，应做到带压移架，同时还应做到少降快拉。
　　为了保证液压支架顶梁及底座与煤层顶板及底板间的摩擦力，应提高采煤机的割煤质量，做到顶板、底板平整。在移动液压支架之前，还应对底板进行清理，保证支架底座与底板之间可以紧密进行接触。控制好回采工作面遗漏的浮煤量、渗水以及其他液体的泄漏，保证支架与顶底板之间接触面干燥，增加摩擦系数。
　　4 总结
　　大倾角工作面液压支架的稳定性受到多种因素的综合影响，受力较为复杂，导致回采面液压支架出现因载荷变化而失稳的情况。液压支架失稳的主要变形特征有下滑、倾倒、扭斜等，文中从煤层赋存倾角、煤层顶底板及支架受力情况、支架位置、开采高度及支架结构类型等方面分析了支架稳定的影响因素，并结合实际情况提出了支架稳定的控制措施。在回采面具体的推进过程中，应综合考虑影响支架稳定的因素，并因地制宜的采用支架稳定控制措施，以便更好的促进矿井生产。
　　参考文献：
　　[1]罗生虎，伍永平，解盘石，王红伟，刘宝恒，李昂.大倾角大采高综采工作面支架受载与失稳特征分析[J].煤炭学报，2018，43（12）：3320-3328.
　　[2]周凯.大倾角综采工作面液压支架稳定性控制措施及应用[J].煤炭技术，2018，37（08）：281-283.
　　[3]张健.大倾角综放液压支架整架结构稳定性分析及控制措施[J].煤炭科技，2018（02）：139-142.
　　[4]武会杰.大倾角煤层大采高工作面“支架—围岩”相互作用机理[D].西安：西安科技大学，2018.
　　[5]赵奕磊.大倾角大采高液压支架防倒防滑措施[J].煤矿机械，2018，39（05）：114-116.
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