劉玉昌，楊清成，盛時超

（1.鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司大平煤礦，遼寧 鐵嶺112700；2.鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺112700）

1 S2S6 段綜放工作面的基本情況

S2S6 段綜放工作面位于大平煤礦南二采區(qū)南部，工作面傾斜長度300m，走向長度1 315m，工作面平均煤層厚度12.77m，煤層普氏系數(shù)f 為1.4。

該工作面煤質(zhì)工業(yè)牌號為長焰煤，黑色、瀝青-弱玻璃光澤、條帶狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、貝殼狀斷口或平坦狀斷口、質(zhì)脆，以亮煤為主，暗煤次之。在亮煤條帶中常見兩組垂直層面的內(nèi)生裂隙，一組發(fā)育，另一組次之，裂隙面平坦。在裂隙中常有方解石及黃鐵礦薄膜充填。煤層與頂?shù)装逡话銥檎辖佑|。

S2S6 段綜放工作面煤層賦存于-560～-690m，結(jié)合工作面實見、探煤及鄰近鉆孔分析：一煤層最大可采厚度為10.10m，最小為7.80m，一般為8.22m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自然分層最多19 層，少者5 層。煤層傾角為1°～9°，平均7°。二煤層最大可采厚度為6.00m，最小為3.00m，一般為4.03m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自然分層最多11 層，少者7 層。煤層傾角為1°～9°，平均7°。煤層中的夾矸多為泥巖，個別為炭質(zhì)泥巖。深灰色或黑灰色，泥質(zhì)膠結(jié)、質(zhì)軟易碎，遇水泥化、塊狀構(gòu)造，其單層厚度一般為0.05～0.57m。

該工作面為走向長壁方式布置，綜合機械化放頂煤開采。2019年5月投產(chǎn)，其投產(chǎn)以來，工作面始終伴有兩條或以上大落差低角度正斷層，為工作面安全管理、煤質(zhì)管理、標準化工作造成持續(xù)不利影響。

在S2S6 段綜放工作面初采時，機頭段液壓支架嚴重倒架，個別支架傾角一度超過30°。在分析倒架的主輔原因的前提下，落實了控水、順底、保護頂板的綜合措施，逐步恢復(fù)了工作面液壓支架狀態(tài)。但在隨后的回采過程中，工作面又發(fā)生多次支架傾角大范圍增加的情況，對工作面穩(wěn)定生產(chǎn)、安全質(zhì)量保障、標準化工作造成較大不利影響，在此過程中，大平煤礦逐漸摸索積累了預(yù)防和治理倒架的一些經(jīng)驗。

2 綜放工作面發(fā)生倒架的原因

2.1 綜放工作面液壓支架倒架的一般性條件

2.1.1 頂板破壞

在綜放工作面生產(chǎn)推進過程中，液壓支架反復(fù)初撐，頂板受到充分攪動，當結(jié)構(gòu)性強度受到破壞降低，使頂板達到屈服極限發(fā)生破壞，必然造成破碎的頂煤從架前、架間向下漏冒，造成支架上方局部空頂，液壓支架一定程度上方空載，進而導(dǎo)致頂板對支架的約束作用減弱。支撐壓力進一步向煤體深部轉(zhuǎn)移，加速前方煤體的破壞。當工作面繼續(xù)推進時，進入支架上方的部分頂煤形成散體狀態(tài)，承載能力弱，造成支架無法保持足夠的工作阻力。當進行升架作業(yè)時，為保證支架的初撐力要求，被迫升高支架又造成了支架高寬比增大、重心上移、自穩(wěn)性降低，同時，導(dǎo)致支架頂梁側(cè)護板與鄰架的約束失效。

2.1.2 底板失穩(wěn)

當綜放工作面發(fā)生倒架，生產(chǎn)一線一般性的做法是使用單體液壓支柱或其他手段，在拉移液壓支架時額外增加輔助的側(cè)向推力，并充分利用液壓支架側(cè)護板的作用逐步恢復(fù)液壓支架合理的支護狀態(tài)。但在一定的底板條件下，這個過程的弊端同樣明顯：治理過程中由于直接支撐作用、單體乳化液跑冒浸泡、液壓支架初始姿態(tài)等，底板完整性遭到破壞，無法為液壓支架提供穩(wěn)定的、方向合適的支撐，進而造成支架調(diào)整效果微小、反復(fù)，治理難度大幅增加。

2.1.3 放煤不均

綜放工作面后部運輸機放煤是非常關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，要求必須嚴格管理，達到穩(wěn)定、均勻放煤的目的，如果架后放煤不均衡、局部超放，將造成局部放煤切頂線發(fā)生一定程度的、分布不均衡的變化，進而使應(yīng)力集中，段頂板遭到較大程度破壞，直接進入一種惡性循環(huán)。

2.2 S2S6 段綜放工作面液壓支架倒架的具體原因

準確地說是探究為什么機頭段支架會多次發(fā)生倒架。結(jié)合以上綜放工作面液壓支架傾倒原因的一般性分析，通過對工作面開采以來歷次治理倒架的經(jīng)驗和教訓(xùn)進行反思，該工作面機頭段支架多次發(fā)生倒架的原因是多方面的，但最根本的是受自然條件、設(shè)備特點、操作不當和其他因素影響，區(qū)段頂板破碎、底板軟化，造成液壓支架“站不住、扶不起”。分析具體原因包括以下幾個方面。

2.2.1 工作面的自然條件

大平煤礦工作面以走向長壁方式布置，工作面煤層傾斜坡度一般為8°。自工作面初采以來，以S2S6F4、S2S6YF11 為代表的低角度斷層及其衍生構(gòu)造對工作面構(gòu)成多方面的持續(xù)影響：首先，為減少煤炭資源損失，工作面傾斜坡度不均衡，機尾段坡度平緩，而90#支架至機頭段在不同時段坡度大幅增加（運輸機坡度經(jīng)常接近或達到13°）；其次，斷層組影響范圍廣，煤巖層紊亂易破碎，周期來壓期間尤為明顯。

工作面走向坡度對液壓支架工作姿態(tài)的影響很大。總體上來說，S2S6 工作面開切眼至走向中段大體上為俯采，而后半段總體上呈仰采姿態(tài)。俯采時，在推進坡度、傾斜坡度及設(shè)備結(jié)構(gòu)特點的綜合影響下，支架擺角、傾角更易增大。

2.2.2 液壓支架的結(jié)構(gòu)特點

本工作面選用ZF15000/19/32 型液壓支架，該支架為支撐掩護式、后四連桿結(jié)構(gòu)，自重43t，設(shè)備噸位大且重心靠后，在俯采推進拉移支架時，支架后部容易向低處（機頭側(cè)）滑動，造成支架擺角、傾角具有增大趨勢，當頂板破碎無法有效“扶”住支架時，就會造成支架傾角增大。

該液壓支架配有抬底缸，相應(yīng)地，沒有支架底封板。設(shè)置抬底缸的初始目的是在底板松軟、支架扎底時，抬升支架前端便于拉移支架。但舍棄支架底封板的“后遺癥”凸顯：一是大大增加了支架比壓，特別是支架前端比壓，俯采條件下尤甚；二是大平煤礦圍巖風(fēng)化后具有強流變性，尤其是底板泥巖暴露時，風(fēng)化為近似泥漿狀，擠進推拉千斤頂與液壓支架底座空隙中，為支架拉移、調(diào)整姿態(tài)增加難度。當?shù)装逅绍浤嗷巴小辈环€(wěn)支架時，調(diào)整支架近似于做無用功。

另外，該型液壓支架柱窩較深，支撐缸偏轉(zhuǎn)空間極小，當支架傾角發(fā)生變化時，支架隨形調(diào)整能力相對不足，自身工阻大的優(yōu)勢得不到足夠的調(diào)動，不利于更有效地“護住”頂板，在調(diào)整支架傾角時也受到局限。

該設(shè)備的優(yōu)點是，該型號液壓支架的側(cè)護板缸具有非常好的實用性，在調(diào)整和保持支架姿態(tài)工作中，發(fā)揮了極其重要的作用。

2.2.3 人為原因造成的頂板破壞

在回采作業(yè)中，如果操作不當，會加劇頂板的破碎程度。其中，最關(guān)鍵的一環(huán)就是放煤作業(yè)，綜放工作面追求盡量降低頂煤損失率，必然會造成放煤混矸率增大，在這個過程中，頂煤垮落線會不斷向支架前方延展，破壞頂板的完整性，加之，因工作面較長，運輸機負荷大，員工操作時多傾向在機頭側(cè)“挖潛”，造成放煤不均衡，必然提高機頭側(cè)頂板破碎程度。

如果工作人員對支架性能不夠熟悉，拉架作業(yè)后可能造成如采高超高、尾梁過低、后柱不降等各種質(zhì)量問題，這些狀況的出現(xiàn)會不同程度地破壞支架支護整體性、弱化支架支撐效果。

另外，員工拉移支架方式粗放，額外重復(fù)擾動頂板，同樣是頂板完整性的嚴重威脅。

2.2.4 水對工作面底板的破壞

自回采以來，工作面機頭段底板一般來說貼煤層底板，以泥巖為主，巖性松軟，遇水加速風(fēng)化趨泥漿狀。同時，因為機頭段底板一直處于地勢低洼處，如巖層含水、消塵用水、工業(yè)跑冒滴漏等各類水源匯聚于此，造成泥巖底板長時間潮濕，軟化后降低其支撐能力。

2.2.5 急于處理支架傾倒對頂?shù)装逶斐啥纹茐?/p>

從實踐經(jīng)驗看，支架傾倒后切不可盲目慌亂強行調(diào)整支架度數(shù)。在頂板破碎、底板軟化的環(huán)境下，使用單體或其他方式強行調(diào)整支架只會暫時維持數(shù)據(jù)的合理性，但必然造成反復(fù)擾動頂板、破壞底板、單體泄水等不利事實，飲鴆止渴，切不可為。

3 有效預(yù)防和治理倒架的技術(shù)措施

如上所述，S2S6 段綜放工作面支架傾倒的原因簡單說包括：局部坡度大、支架自重大、比壓大且重心靠后、頂板破碎、底板軟化。針對造成倒架的各種因素中可以人為控制的方面，宜采取以下幾方面措施預(yù)防和治理倒架。

3.1 控制工作面走向和傾向的坡度

加強綜放工作面頂?shù)装宓墓芾?，班組長與采煤機司機應(yīng)熟練掌握采煤機及滾筒的基本數(shù)據(jù)，生產(chǎn)時控制頂?shù)椎陡叨龋馗畈筛咴瓌t上控制在3.0～3.2m。工作面走向、傾向坡度平緩，一般情況下，盡量保持不大于13°。控制頂板連續(xù)平順，液壓支架頂梁不出現(xiàn)明顯錯差?？刂频装迤露绕骄彛沤^急坑急包。如果工作面遇地質(zhì)構(gòu)造如斷層，應(yīng)該在兼顧工作面資源回收率和設(shè)備磨損的情況下，盡量在構(gòu)造前后超前做好底板順平工作，使工作面內(nèi)斷層上下盤之間平緩過渡。

3.2 細化放煤工藝，盡量均衡放煤

工作面放煤要盡量均衡：機尾段加強放煤監(jiān)管；機頭段嚴禁過度放煤，見油頁巖停放；斷層影響區(qū)域不得使用尾梁攪動放煤；要求加強放煤監(jiān)管，放煤人員按段負責(zé)、按時循環(huán)，堅決落實多輪循環(huán)放煤工藝。對干部和驗收員必須強化抽查檢查，交接班時間詳細檢查后部運輸機放煤情況，對于連續(xù)見矸者執(zhí)行處罰。煤礦區(qū)隊布置生產(chǎn)任務(wù)時，應(yīng)該綜合考慮當日工作面幫頂情況，考慮前部運輸機因片幫造成出煤量增大時，后部運輸機放煤量適當進行合理的調(diào)整。

3.3 控制采煤機速度和支架移架距離

工種之間默契配合，控制采煤機速度，保證放煤環(huán)節(jié)和移架環(huán)節(jié)的時間和作業(yè)質(zhì)量。拉移液壓支架杜絕不合規(guī)操作：移架時先縮后柱、緩降快送，帶壓擦頂移架；升架必須到位；工作面頂板有破碎趨勢時，必須超前拉架。采煤機運行速度合理，與液壓支架移架距離必須與作業(yè)規(guī)程規(guī)定嚴格相符。

3.4 加強用水管理，減少跑冒滴漏

工作面嚴格控制各種生產(chǎn)用水，漏液的缸必須及時處理、更換或摘除。工作面杜絕任何常流水，各類噴霧保證霧化效果，使用時控制水量，用后及時關(guān)閉。盡量減少單體使用頻次。工作面消塵必須使用噴霧頭，且必須控制水量和消塵時長，嚴禁積水。對于需要使用水臨時降溫、降阻的，要由專人監(jiān)管水量和使用時間，無必要時必須立即關(guān)閉。生產(chǎn)班嚴禁拼設(shè)備，尤其各種液壓設(shè)備，每班驗收員必須對當班控水情況進行評估，不按規(guī)定執(zhí)行或者執(zhí)行不到位的按制度嚴格落實處罰。檢修班嚴格落實包機制，設(shè)備損壞及時處理，對檢修不到位造成長期跑水的從嚴處罰。

3.5 工作面局部出現(xiàn)倒架趨勢時予以科學(xué)應(yīng)對

首先，必須掌握每班支架傾倒的范圍和程度；其次，倒架前必然頂板破碎，應(yīng)該隨時掌握工作面頂板破碎的原因，如來壓、構(gòu)造或其他因素；最后，要了解底板條件，是否完好且坡度平緩。根據(jù)掌握情況，積極穩(wěn)妥科學(xué)應(yīng)對。

第一時間控制倒架范圍后部放煤量，嚴禁放矸，減少對頂板的擾動，必要時加快推進速度。對于幫頂破壞程度較大的，堅決執(zhí)行超前拉架，帶壓擦頂移架。嚴格控制該區(qū)段用水，關(guān)閉各種不必要的用水。值得注意的是，對于頂板破碎段個別保持完整頂板的支架，必須以最高級別的重視態(tài)度養(yǎng)護好，只要頂板破碎段不連成片，就不會造成大范圍支架倒架，保持耐心，按部就班，工作面局部倒架就必然會得到有效治理。例如，2020年春節(jié)后復(fù)工以來，S2S6 工作面來壓造成幾次支架傾角增加，大平煤礦沒有采用加快推進的方式，僅落實常規(guī)技術(shù)手段，即實現(xiàn)了快速擺脫支架倒架的技術(shù)目標。

4 ZF15000/19/32 型液壓支架的改進意見

4.1 取消抬底缸，配備支架底封板

前文已經(jīng)論述了配備抬底缸的得失，支架底座比壓一般呈倒梯形，對于自重較大的支架，在底板松軟的條件下，使用抬底缸得不償失，建議取消抬底缸，配備牢固可靠的底封板，充分封閉底板，且更能發(fā)揮底板的支撐作用。

4.2 側(cè)護板缸設(shè)計為雙側(cè)雙活形式，適當增大側(cè)護板缸尺寸

該型號液壓支架的側(cè)護板缸是亮眼設(shè)計，在處理和維護支架時發(fā)揮了重要作用，但受單側(cè)設(shè)計所限，且缸體型號略小，有些技術(shù)目的實現(xiàn)過程煩瑣且漫長。建議將側(cè)護板缸設(shè)計為雙側(cè)雙活的形式，并增大缸體尺寸。這樣在調(diào)整支架時，可以在一次拉移中實現(xiàn)較大程度的目標調(diào)整，可以切實地減少對頂板的擾動次數(shù)。同時，雙側(cè)側(cè)護板在特定條件下，可以增加頂板支護面積，更有效地保護頂板。

4.3 改進支架支撐缸與頂梁連接方式

該支架支撐缸與頂梁主要采用耳銷連接方式，這種形式的連接相對較弱，易被破壞，調(diào)整支架時經(jīng)常出現(xiàn)后柱降不下來或拉壞耳銷、耳窩的情況，也使一些操作方法無法實現(xiàn)，應(yīng)該將這部分重新設(shè)計為更加堅固耐用的構(gòu)件。

4.4 減少支架柱窩深度

減少支架柱窩深度的目的是使頂梁、支撐缸、底座三者可以更加靈活地進行調(diào)整，隨頂?shù)装鍫顟B(tài)變化，按操作人員要求改善支護姿態(tài)。

4.5 合理選用ZF15000/19/32 型液壓支架

ZF15000/19/32 型液壓支架具有工作阻力大、防護全面、周密等優(yōu)點，在條件具備時可以為實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)創(chuàng)造有益條件，但其同樣有后部空間狹小、重心偏后、比壓較大的缺陷，建議有以下情況之一的工作面慎重選用：工作面易底鼓、工作面傾斜坡度較大、長期持續(xù)俯采、底板松軟易風(fēng)化等。

5 結(jié)語

隨著技術(shù)進步，粗放型的生產(chǎn)工藝和作業(yè)習(xí)慣顯然已經(jīng)跟不上時代的腳步，包括煤炭行業(yè)在內(nèi)的工業(yè)企業(yè)員工，應(yīng)該不斷提高業(yè)務(wù)水平和學(xué)習(xí)能力，在生產(chǎn)實踐中磨礪，將現(xiàn)場與理論統(tǒng)一起來，增強分析問題、解決問題的能力。

技術(shù)與裝備必須是為生產(chǎn)服務(wù)的，應(yīng)該在適應(yīng)生產(chǎn)條件的情況下應(yīng)用。同時，生產(chǎn)單位必須加強學(xué)習(xí)，提高對各類裝備的掌握程度。新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用都是在摸索中不斷完善、提高的，不能因噎廢食，在實踐中掌握并充分發(fā)揮新技術(shù)、新裝備的優(yōu)勢，并逐步改進其不足，從而促進技術(shù)裝備水平不斷提升。而經(jīng)歷困難考驗，最終克服困難，無論是對于增強設(shè)備的實用性，還是對于提升隊伍的戰(zhàn)斗力，都具有一定的現(xiàn)實意義。