董文耀

（潞安化工集團有限公司五陽煤礦，山西 長治 046205）

引言

綜放工作面開采過程中具有開采效率高、巷道布置簡單、開采流程簡單、巷道掘進工程量小等優(yōu)點。而在綜放工藝中，液壓支架是最重要的設備，能夠有效地保障回采的安全性。假如在實施綜采時，液壓支架出現倒架的現象，那么將會消耗大量的人力、財力等，進而影響開采進度。

本文以五陽煤礦A綜放工作面為研究對象，在實施開采時由于往往受到地質構造問題，而出現的倒架事故問題進行分析，與此同時對現場實際情況進行防治。

1 五陽煤礦A綜放工作面工程背景

五陽煤礦A綜放工作面煤層厚度基本處于6.05 m附近，平均傾角6°，其煤層屬性屬于進水平煤層，而在煤層中部包含1～2層夾矸，經過調研發(fā)現煤層結構相對簡單，煤層硬度值取值為1.1。如表1為回采面的主要設備。通過分析可以看出，回采工作面走向長度達到了1 000 m，傾向長度達到200 m。工作面選用綜放工藝，其開采的厚度可以達到6.05 m。該工作面在向斜構造的作用下，往往回采面呈現出一定的俯斜開采趨勢。該回采液壓支架型號選為ZF8000/20/38，其自身的質量為26 300 kg，表2為相應的液壓支架主要參數。

表1 回采工作面主要設備

表2 液壓支架主要參數

2 倒架原因分析

2.1 向斜構造影響

由于受到向斜構造作用，導致回采推進時煤層頂板出現破碎的現象，從而引發(fā)頂板進一步破碎。當回采工作面進入到向斜區(qū)域時，表現明顯，通?；夭晒ぷ髅骓敯鍙臋C尾位置開始出現大量的偽頂，其厚度通?？梢赃_到500 mm。通常情況下，偽頂隨著煤層開采而出現嚴重的垮落現象，當前隨著回采推進，其影響的范圍從機尾向著頭部擴散。鑒于煤層開采厚度比較大，當煤層偽頂垮落后，將會引發(fā)直接頂出現破碎的現象。直接頂板破碎后將會引起裂隙以及向斜等問題，其進一步導致頂板破碎。與此同時，在向斜的作用下，通常相應的回采工作面開采的過程中，將會出現俯采狀態(tài)，與此同時由于支架與煤層頂板的作用，出現接觸不良的現象，以及支架工作阻力受到影響，從而導致支架中心向回采側傾斜，更有甚者將會導致支架朝著回采面方面傾斜[1]。

2.2 支架支撐高度影響

對于A回采面而言，其選用支架型號為ZF8000/20/38，由于在支架連接方面存在一定的間隙，假如支架處于煤層上覆巖層下沉的影響下，那么將導致支架重心出現傾斜，而相應的偏移量與支架對否出現倒架之間存在一定的關聯性。與此同時，煤層平均開采厚度可以達到6.05 m，由于在進行回采開采的過程中并未對向斜構造進行考慮，最終造成煤層頂板破碎以及出現冒頂脫落等現象。

2.3 刮板輸送機不平直

由于地質結構對工作面掘進工作影響比較明顯，當通過向斜結構初期時，刮板輸送機中部槽出現后錯問題，當支架進行拉架時，通常拉架作用將會對刮板輸送機中部槽位置產生較大的后錯量，這樣將會引發(fā)回采機頭以及機尾液壓之間產生向前移動的趨勢。與此同時，由俯斜開采、支架的工作阻力偏低、支架重心向回采面偏移、重心高度過高等因素綜合作用，最終將會導致液壓支架出現倒架的現象。

3 防止倒架措施

3.1 頂底板控制

假如回采面液壓支架出現倒架的現象，由于工況條件比較復雜，那么煤層頂底板巖性以及相應的結構是產生支架倒架的原因。由此可以看出，可以對煤層頂底板選用行之有效的方式。

3.1.1 煤層頂板破碎

當處于回采環(huán)節(jié)時，頂底板出現了破碎的現象，通?；夭擅嬉簤褐Ъ苁艿降淖枇ο鄬^低，從而導致出現了煤壁片幫的現象，這時可以通過注漿加固的方式對煤壁與頂板進行加固。具體的方式如下：其一，工作面注漿加固，回采工作面布置2排鉆孔三花布置，孔間距5m，下排鉆孔開孔高度1.0m，鉆孔角度為15°，上排鉆孔開孔高度2.5 m，鉆孔角度為11°，孔深均為21 m，采用某公司生產的新型無機單液注漿材料耐固I號作為注漿材料；其二，對于回采工作面頂板，需要進行施工錨索、在煤壁上面設置玻璃鋼錨桿工藝,這樣不僅可以有效地防止支架頂板出現空頂現象，并且可以保證支架的穩(wěn)定性[2]。

3.1.2 煤層底板松軟

由于煤層頂底板處存在破碎以及積水的現象，因此在設置支架時，需要在支架底座位置設置墊板。這樣不僅可以有效地增強底板的強度，而且可以防止支架底座出現鉆底。

3.1.3 單體柱配合進行移架及處理倒架

假如回采工作面出現倒架后，并伴隨現咬架現象，而在移動支架比較難時，這時需要單體柱配合進行移架及處理倒架實施超前支護，這樣可以大大優(yōu)化支架倒架的現象。每次移架時都必須通過支架的側護板和底調千斤頂，將支架調成與刮板機垂直。由兩名支架工協調操作支架與鄰架，調整工作必須在支架進行動態(tài)前移過程中進行，嚴禁不移架進行擺架。斜量較大時，使用單體柱對支架進行調整，在支架降架前，選用適當高度的單體柱在支架下方打戧柱，以相鄰支架底座合適位置為支點，以鄰架為配合進行調整。打設、回撤單體柱時，人員要遠距離操作，移架時，操作人員要避開單體柱傾倒的方向站立，并做好掩護，其他人員要遠離作業(yè)地點。

3.2 支架重心調節(jié)

通常情況下，支架重心與支架支撐高度之間存在密切的關系。支架支撐強度與高度越大，工作重心也會偏高。與此同時，由于支架內部鏈接存在間隙，這樣將引發(fā)支架重心出現便偏移，從而誘發(fā)支架失穩(wěn)甚至出現倒架的現象。

通過圖1可以看出，其中G表示相應的支架重量。假如支架支撐高度設定為M1，那么支架重心點位置用P表示。當支架重心作用在回采面時，那么這時將會產生一個水平分力F1，相應的力壁長度用H表示。進而可以得到水平方面的力矩N=FlH。假如支架支撐高度設定為M2，那么支架重心點位置用Q表示。當支架重心作用在回采面時，那么這時將會產生一個水平分力F2，相應的力壁長度用h表示。進而可以得到水平方面的力矩N2=F2h。當Ml＞M2時，那么相應的Fl＞F2、H＞h，那么Nl＞N2。由此可以看出，只要適當地降低支架的支撐高度，就可以有效地降低支架的中心偏移，最終引發(fā)倒架力矩值的變化。

圖1 高度不同的支架發(fā)生倒架時的力矩分布情況圖

3.3 回采管理

當處于回采面中部位置時，因其受到頂板水的影響，從而導致頂板出現破碎的現象，同時底板也存在松軟的現象，從而導致出現煤壁片幫的問題，最終引發(fā)頂板出現冒落。當支架頂梁處于懸空狀態(tài)時，那么將會對回采工作產生影響。在正常的回采過程中，值班領導以及檢查人員必對復雜工作面進行管控，從而可以保證“三機”的平直。與此同時，需要對回采機頭以及機尾進行定期檢測。

4 工程實踐

對于上述原因引發(fā)的A回采工作面支架出現倒架現象后，經過總結分析對煤壁實施施工玻璃鋼錨桿、注漿加固、單體柱配合液壓支架預掘巷道治理咬架、嚴格把控采煤作業(yè)過程等工藝。對于地質比較影響的地段，這時可以將采煤高度設置在2.8 m。經過5 d的回采，這時可以把液壓支架扶正，從而可以大大優(yōu)化回采支架的倒架問題。當已經扶正支架后，可以實現3.2 m/d的推進速度，從而可以大大優(yōu)化礦井的煤炭采掘效率。

5 結語

通過分析發(fā)現，綜放工作面由于地質結構的影響，直接導致支架重心出現偏斜，最終影響支架出現倒架的現象。依據實際的工況條件，為了能夠有效地防止出現倒架事故，通?？梢詮娜缦聨讉€方面入手：降低開采高度、注漿加固、保證采煤作業(yè)質量等，從而可以大大降低支架倒架現象，最終可以提高礦井采煤效率。