王廣林/烏魯木齊環(huán)鵬有限公司礦業(yè)分公司

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四井田煤礦大傾角煤層液壓支架穩(wěn)定性控制技術(shù)研究

王廣林/烏魯木齊環(huán)鵬有限公司礦業(yè)分公司

【摘 要】針對(duì)環(huán)鵬公司四井田煤礦煤層傾角極大賦存特點(diǎn)，提出控制液壓支架穩(wěn)定性急傾斜綜采面安全高效開采的關(guān)鍵問題。通過分析偽斜工作面幾何特征，確定工作面?zhèn)涡辈贾脮r(shí)的偽傾角及超前量，并在掘進(jìn)時(shí)將運(yùn)輸順槽抬高，回采時(shí)工作面下部分做個(gè)圓弧，有效防止液壓支架下滑、倒架。保證了大傾角煤層綜采面的安全高效開采，對(duì)類似煤層具有巨大的推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】大傾角煤層；綜采工作面；偽斜布置；液壓支架穩(wěn)定性；二次改造

液壓支架穩(wěn)定性及整體設(shè)備可靠性是大傾角煤層綜采工作面開采面臨的關(guān)鍵問題，由于傾角的影響，液壓支架的重力在法向及切向分量隨工作面傾角增大而變化，致使切向分量增大而法向分量減小。為此，工作面液壓支架支護(hù)系統(tǒng)所受的承載力變小，而引起液壓支架支護(hù)系統(tǒng)整體失穩(wěn)的側(cè)方外力增大，液壓支架重心落到底座之外，導(dǎo)致工作面設(shè)備下滑、倒架及支架之間擠、咬現(xiàn)象加劇惡化。因此，急傾斜煤層綜采工作面液壓支架穩(wěn)定性控制的重點(diǎn)不僅是提高液壓支架整體支護(hù)系統(tǒng)的工作阻力，加強(qiáng)急傾斜煤層采煤工藝優(yōu)化和支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是工作的重中之重。

1.四井田煤礦急傾斜煤層生產(chǎn)概況

烏魯木齊環(huán)鵬有限公司礦業(yè)分公司四井田煤礦大傾角煤層儲(chǔ)量比重較大,煤層傾角大部分在28°～35°之間，水文地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層產(chǎn)狀變化較大，煤層頂?shù)装甯凰詮?qiáng)。該礦03工作面大傾角綜放條件下，由于煤層傾角達(dá)35°、支架重心大大偏離支架底座，開采設(shè)備穩(wěn)定性差，尤其是支架穩(wěn)定性差，加之煤層松軟，煤壁易片幫，易發(fā)生支架圍巖事故，進(jìn)而影響采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的穩(wěn)定性，甚至使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)陷于“癱瘓”。

控制急傾斜綜采工作面的主要技術(shù)措施有以下三種：一是在生產(chǎn)過程優(yōu)化采煤工藝，合理布置機(jī)風(fēng)巷位置，使工作面呈偽斜布置，使工作面傾角降低；二是對(duì)液壓支架進(jìn)行改造，增加支架防倒防滑的功能，確保支架的穩(wěn)定性；三是在回采工作面下部做圓弧，使過渡架及下部支架的角度大大減小。

2.偽斜布置工作面控制液壓支架穩(wěn)定性

工作面煤層傾角是影響液壓支架穩(wěn)定性的主要因素，如果將綜采工作面?zhèn)涡辈贾?，就?huì)適當(dāng)?shù)臏p小工作面的傾角，此方法是控制工作面液壓支架穩(wěn)定性的有效措施。仰偽斜綜采工作面布置方式如圖1所示，采用仰偽斜布置，即運(yùn)輸巷道超前回風(fēng)巷道一定距離S，工作面的傾角由α變?yōu)棣羵危鶕?jù)相關(guān)幾何關(guān)系，α偽＜α。

圖1　偽斜工作面布置情況

由偽斜工作面布置情況圖所示，綜采工作面采用偽斜布置有以下特點(diǎn)：①采用偽斜布置后工作面傾角α偽比煤層傾角α小，工作面液壓支架及其它主要設(shè)備穩(wěn)定性均有所提高，控制較為容易；②液壓支架采用自下而上方式順序移架，有利于工作面下方液壓支架（已移到位，并調(diào)整好）作為工作面上方液壓支架移動(dòng)的導(dǎo)向與穩(wěn)固支點(diǎn)。該技術(shù)的核心工作在于工作面?zhèn)蝺A角及超前量的確定。

根據(jù)相關(guān)立體幾何關(guān)系，得出偽斜工作面?zhèn)蝺A角及超前量的表達(dá)公式為：

其中式中：

α偽—偽斜工作面傾角,( °)；

α—煤層傾角,( °)；

L—不進(jìn)行偽斜布置時(shí)工作面長度,(m)；

L偽—偽斜工作面長度,(m)；

β偽—偽斜工作面沿推溜方向的上仰角,( °)；

S—機(jī)巷超前風(fēng)巷的距離,(m)。

以上分析可知，當(dāng)L一定時(shí)，上仰角β偽隨S、α的增大而增大，L越長這種影響越不明顯。對(duì)于急傾斜煤層，煤層的傾角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤塊的安息角(一般20°左右)，綜采工作面采落的煤塊會(huì)自然向工作面下部滾落，極易越過刮板輸送機(jī)的擋煤板滾落至液壓支架的人行通道，造成傷人損壞設(shè)備事故，當(dāng)上仰角β偽過大時(shí)，更易使?jié)L落的煤塊越過輸送機(jī)擋煤板竄入液壓支架下面的人行通道，使此類事故加劇惡化。為此，確定上仰角β偽時(shí)不應(yīng)過大，一般選取

7°左右。則把工作面相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上述公式得超前量S為9.95m。通過實(shí)際生產(chǎn)中檢驗(yàn)，在50左七片煤層條件下，綜采工作面?zhèn)蝺A角應(yīng)控制在6°～8°，下端頭超前上端頭9.95m，可以滿足該急傾斜綜采工作面控制支架和溜子不上下竄的要求。

3.液壓支架二次防倒防滑改造

綜采工作面在急傾斜狀態(tài)下，液壓支架在移架等生產(chǎn)作業(yè)過程中，在自身重力分量及頂板巖層壓力作用下會(huì)出現(xiàn)整體下竄或局部一架或幾架液壓支架下滑的現(xiàn)象，造成液壓支架擠架、倒架、咬架和支架整體下滑等事故，嚴(yán)重影響工作面的正常生產(chǎn)與安全；推溜過程中，刮板輸送機(jī)下滑或隨支架下竄，從而影響生產(chǎn)進(jìn)度或無法進(jìn)行正常的安全生產(chǎn)作業(yè)。為防止支架下竄，四井田煤礦針對(duì)該礦所使用的液壓支架特點(diǎn)讓鄭煤機(jī)設(shè)計(jì)并制作了防倒防滑裝置如下：

3.1前三架的防倒防滑（1）前梁防倒裝置

在液壓支架前梁部位設(shè)計(jì)了防倒裝置，三架支架為一組，連成一體。用ф 22×86-C大鏈和千斤頂連接。千斤頂采用護(hù)幫千斤頂，技術(shù)指標(biāo)：缸徑/桿徑 ф 80/ф 60mm；推力/拉力 158/69KN；行程 380mm。

（2）底腳防滑裝置

在液壓支架推移調(diào)底裝置上焊接了連接銷，并用液壓千斤頂和轉(zhuǎn)向節(jié)連接，設(shè)置了防滑裝置，三架支架相互連接成為一組。采用護(hù)幫千斤頂技術(shù)指標(biāo)：缸徑/桿徑 ф 80/ф 60mm；推力/拉力158/69KN；行程 380mm。并在后四連桿，隔一架設(shè)一組防滑裝置，采用護(hù)幫千斤頂。

（3）后座防滑裝置

在液壓支架后座上設(shè)置導(dǎo)鏈筒，用型號(hào)為ф 22×86-C大鏈和液壓千斤頂連接把第一架支架和第三架支架連接在一起，液壓千斤頂技術(shù)指標(biāo)：缸徑/桿徑ф 100/ф 70mm；推力/拉力251/128KN；行程 700mm。防滑裝置布置如下圖2、3所示，采用鄰架操作方式。

圖3　底座防滑裝置連接圖

3.2中間架的防倒防滑控制

推移工作面中間支架時(shí)，以下架液壓支架的側(cè)護(hù)板為上架支架的導(dǎo)向，調(diào)整下架底座，調(diào)液壓千斤頂頂住本架底座，并輔以本架推移桿，前移液壓支架，當(dāng)推移到位后，升架接頂。依次類推前移上一架液壓支架直至機(jī)尾。操作時(shí)均采用鄰架操作方式，在上架支架下方操作下架。

4.回采工作面下部做圓弧，使過渡架基本水平

大傾角工作面支架傾斜、下滑、倒架的主要原因是工作面支架支撐力不夠，再加上四井田煤礦屬于三軟煤層，即使支架初撐力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但支護(hù)時(shí)間較長時(shí)，由于煤層、頂?shù)装鍖儆谌浢簩?，遇水、風(fēng)化以后變的酥軟，造成支架支撐力不夠，支架失去穩(wěn)定性，因此支架在自重的作用往下滑，容易造成倒架。為了防止支架下滑，失去穩(wěn)定性，四井田煤礦制定了防滑措施之一就是在工作面下部做圓弧，圓弧長度保持在10-15m，這樣以來工作面下部支架基本上處于水平面，可以有效的防止上部支架下滑，有效防止工作面支架倒架現(xiàn)象。

圖4　工作面下部做圓弧

5.液壓支架穩(wěn)定性控制效果評(píng)價(jià)

在四井田煤礦03大傾角綜采工作面推進(jìn)過程中，現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)了支架的液壓信息、支架立柱傾向傾角、支架頂梁俯仰角、支架推運(yùn)夾角等參數(shù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，液壓支架的上述參數(shù)均在合理的控制范圍之內(nèi)，工作面推進(jìn)正常，沒有出現(xiàn)大范圍的影響工作面正常生產(chǎn)的液壓支架傾倒下滑事故。

6.結(jié)語

大傾角采煤工作面實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化開采是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，工作面液壓支架尤其是下端的排頭支架是整個(gè)工作面防倒防滑的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐表明，采取工作面?zhèn)涡辈贾檬构ぷ髅鎯A角降低和對(duì)液壓支架進(jìn)行二次防倒防滑改造，可以有效控制急傾斜工作面液壓支架的穩(wěn)定性，保證大傾角煤層綜采工作面安全高效開采。

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作者簡介：王廣林（1977－），男，助理工程師，本科，主要從事生產(chǎn)管理工作，現(xiàn)任烏魯木齊環(huán)鵬有限公司礦業(yè)分公司常務(wù)副經(jīng)理。