邢鵬亮

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036700）

引言

由于大傾角綜放工作面支架的受力情況與近水平工作面正常開(kāi)采時(shí)期存在很大差異，控制好支架穩(wěn)定性是大傾角工作面回采中的關(guān)鍵技術(shù)。大傾角工作面在大傾角條件下支架會(huì)受到頂板較大的側(cè)向應(yīng)力作用，從而大大降低支架穩(wěn)定性。在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過(guò)采用各種防倒滑措施，有效地防止移架過(guò)程中發(fā)生傾倒，大幅度提高工作面支架的整體穩(wěn)定性，并對(duì)支架底座柱窩進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了大傾角工作面液壓支架的支護(hù)安全，實(shí)現(xiàn)了大傾角工作面的安全高效開(kāi)采。

1 8102工作面概況

北辛窯礦8102綜放工作面位于一采區(qū)，標(biāo)高1 003.5～1 100.5 m，2102運(yùn)輸順槽走向長(zhǎng)度854 m，5102回風(fēng)順槽走向長(zhǎng)度548 m，傾向長(zhǎng)度165 m，工作面長(zhǎng)161.6 m，煤層平均傾角20°，面積57 869 m2，西鄰+1040回風(fēng)巷[1-2]。8102工作面兩條順槽呈近東西方向布置，切眼呈近南北方向布置，北部與8103工作面之間僅留設(shè)8 m煤柱。8102工作面老頂或直接頂為中粗砂巖，厚度為1.1~4.5 m。

2 采煤方法及回采設(shè)備

8102綜放工作面采用單一走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采方法，采空區(qū)頂板全部跨落法開(kāi)采。采用SL500AC型采煤機(jī)落煤、裝煤，SGZ1000/2100型前部刮板輸送機(jī)和SGZ1250/2100型后部刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，ZFQ13000/25/38型低位放頂煤支架支護(hù)頂煤、頂板，采煤機(jī)截深為0.8 m，采高為3.3 m，放煤高度2.62 m，采放比約為1∶0.8，按兩采一放的正規(guī)循環(huán)作業(yè)，放煤步距為1.6 m。

3 支架穩(wěn)定性分析

3.1 支架傾倒分析

大傾角綜放工作面支架在工作時(shí)，在自重G、支護(hù)初撐力N1、底板反作用力N2、頂板受壓合力N、相鄰支架之間的擠靠力F1、F2的一同作用下達(dá)到了平衡[3-4]，如圖1所示。如果支架的平衡被破壞，那么支架所受合力作用點(diǎn)偏出底座，此時(shí)支架會(huì)失穩(wěn)。支架失穩(wěn)傾覆的瞬間，底板反力N2作用于0處，根據(jù)力矩極限平衡條件可得：Gb=（F1-F2）H+（Hsinα-cosα）N，支架臨界傾倒角α的計(jì)算公式：b=cosα-Hgsinα，式中：b為支架自重作用方向與支架底座下邊緣的水平距離，取0.11 m；H為支架高度，取2.8 m；B為支架底座的寬度，取1.75 m；Hg為重心高度，取1.5 m。由公式可知，b與Hg成反比，b與B成正比，b與成反比。根據(jù)倒角公式，代入數(shù)值可得8102大傾角工作面支架極限倒角大約為26.6°，考慮存在一定的安全系數(shù)后，認(rèn)為支架傾角在27°以上時(shí)工作面支架易出現(xiàn)傾倒現(xiàn)象。

圖1 支架工作時(shí)受力分析圖

3.2 支架下滑分析

支架在拉移過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生下滑，主要由支架的下滑力與支架摩擦力的大小來(lái)判斷。若支架的下滑力大于支架本身所受的摩擦力，支架便會(huì)發(fā)生下滑現(xiàn)象，相反則不會(huì)。支架發(fā)生下滑示意圖，如圖2所示，假定支架自身受到的力為T，支架自身的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為μ，于是得到支架不下滑的條件是：Tsinα

圖2 支架下滑極限示意圖（單位：mm）

3.3 支架下滑、傾倒影響因素分析

1）工作阻力與初撐力。當(dāng)支架接頂不充分或不接頂時(shí)，支架無(wú)初撐力、阻力，處于平衡自然狀態(tài)，當(dāng)支架倒角大于臨界值后，支架便會(huì)發(fā)生下滑。

2）煤層傾角。煤層傾角是影響支架下滑、傾倒的一個(gè)非常重要因素，煤層傾角越大，支架就越容易發(fā)生下滑、傾倒。

3）支架支護(hù)高度與寬度。在大傾角綜放工作面中，支架的高度大，寬度就小，支架發(fā)生傾倒的概率就越大，相反發(fā)生傾倒的概率就越小。

4）支架的重量。支架的自身重量越大，支架自身的重心就越高，就越容易下滑及傾倒。

4 支架下滑、傾倒控制技術(shù)

4.1 調(diào)整歪斜支架

發(fā)現(xiàn)歪斜的支架，要立即進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到支架保持與工作面輸送機(jī)持續(xù)垂直狀態(tài)。

4.2 將頭部過(guò)渡支架牽引一體

應(yīng)用圓環(huán)連接斜拉千斤頂裝置，使得排頭過(guò)渡支架形成相互牽引一個(gè)結(jié)構(gòu)，將每一架支架的一端分別連接在其上方支架的底座上，另一端連接在下方支架的頂梁上，形成一個(gè)牽引整體。

4.3 改變支架拉移順序

保證溜頭側(cè)第一架支架與底板接觸要平整，減緩支架的滑移量，移動(dòng)支架的時(shí)侯務(wù)必首先要調(diào)整好支架的方向與角度，將防滑千斤頂收縮到位，再移動(dòng)支架升緊，把它作為基準(zhǔn)支架，依次由下向上拉移支架。在移動(dòng)機(jī)頭支架時(shí)，首先移動(dòng)2號(hào)支架，再移動(dòng)1號(hào)支架，之后移動(dòng)3號(hào)、4號(hào)支架，剩下的支架移架都是按照每5～10組一段支架進(jìn)行上行移架，所有段支架移架順序與拉移機(jī)頭支架的順序一致[5]。

4.4 減少調(diào)采頻次

一定要盡量減少工作面的調(diào)采頻次。尤為反復(fù)進(jìn)行調(diào)采，這樣做的后果是工作面支架擠咬、傾倒的次數(shù)增加。

4.5 重視支架支護(hù)狀態(tài)

工作面在割煤生產(chǎn)的過(guò)程中，要非常重視支架的調(diào)整支護(hù)狀態(tài)，待到發(fā)現(xiàn)支架存在有傾倒跡象時(shí)，再進(jìn)行調(diào)架已經(jīng)來(lái)不及了。

4.6 加強(qiáng)工作面頂板管理

遇工作面頂板破碎時(shí)，工作面頂板應(yīng)進(jìn)行鋪金屬護(hù)頂，情況特殊時(shí)還應(yīng)進(jìn)行超前的人工支護(hù)措施等，避免支架發(fā)生擠咬、傾倒。

4.7 對(duì)支架柱窩進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

將原有液壓支架柱窩的鐵板墊塊尺寸及固定鐵板銷軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，原有的墊塊厚度為3 cm，如圖3所示，無(wú)法滿足支柱固定鐵板的穩(wěn)固性，改進(jìn)是將柱窩固定鐵板的墊塊加厚到5 cm，原來(lái)固定鐵板的銷軸改為用螺栓代替，如圖4、圖5所示。有效防止了立柱底部因拉架抬起，提高了快速移架，保證了支護(hù)安全。

圖3 固定液壓支架立柱底座鐵板的墊塊

圖4 原固定液壓支架立柱底座鐵板的銷軸

圖5 改進(jìn)后固定液壓支架立柱底座鐵板的螺栓

5 結(jié)語(yǔ)

大傾角煤層開(kāi)采，根據(jù)北辛窯礦8102工作面實(shí)際情況，采取有效的措施，及時(shí)控制住了支架傾倒下滑，提高了開(kāi)采時(shí)支架的穩(wěn)定性，防止了架間相互擠、咬現(xiàn)象發(fā)生，確保了安全生產(chǎn)。加快了工作面推采速度，增加原煤產(chǎn)量，創(chuàng)造客觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)提高了工作效率，增加了安全系數(shù)，保證了綜放工作面的安全生產(chǎn)。