五沟煤矿 ZY7600/24/50液压支架掩护梁损坏原因分析

章 元

（皖北煤电集团公司,安徽宿州 234011）

五沟煤矿 ZY7600/24/50液压支架掩护梁损坏原因分析

章 元

（皖北煤电集团公司,安徽宿州 234011）

五沟煤矿 1017工作面采用长壁大采高综合机械化开采,所使用的 ZY7600/24/50型掩护式大采高支架在工作面基本顶初次来压期间掩护梁出现了严重损坏,通过对支架支护强度、初撑力、掩护梁的受力和强度,以及使用条件进行了详细的分析,从而在支架的设计、加工、使用等方面找出了事故的原因并提出了具体的应对措施。

液压支架;掩护梁;损坏;措施

Analysis of Shield Beam Failure of ZY 7600/24/50 Powered Support in Wugou Colliery

皖北煤电五沟煤矿处于淮北煤田童亭背斜的西翼中段,总体构造形态为一轴向由中北部的南北向渐变为南部的北西向的向斜,其间发育有次一级的向背斜。向斜两翼地层西侧稍陡,东侧稍缓。地层倾角一般在 10～15°,仅局部达到 40°。受北东向断层影响,井田被切割成多个宽窄不等的条块。1017工作面所在采区煤层厚度变化较大,介于 2.6～6.9m,平均厚度4.3m,工作面长度180m,直接顶厚度 8m,基本顶为 7～8m的粉砂岩、细砂岩。该工作面采用长壁综合机械化大采高采煤法开采,选用 ZY7600/24/50型大采高掩护式液压支架。

在工作面推进到 32m处时,部分支架安全阀开启,工作面基本顶开始垮落,初次来压明显。矿压监测显示,该处支架安全阀最大开启压力为38MPa,平均压力 33MPa。随后有 15架支架出现不同情况的损坏,掩护梁出现裂纹,裂纹宽度最大达到 100mm,侧推千斤顶和一个平衡千斤顶明显折弯 （见图 1）。

图1 支架掩护梁裂纹

1 原因分析

（1）焊接缺陷 裂纹处焊缝为横向角焊缝,且焊缝存在夹渣气孔等焊接缺陷,降低了掩护梁的强度。焊缝的开焊直接破坏了掩护梁箱式结构,从而导致掩护梁侧板撕裂。

（2）强度低 在初次来压时,立柱安全阀开启率很低,掩护梁出现批量破坏的情况,说明掩护梁的接弯及抗扭强度低,满足不了使用要求。

（3）支架支护强度分析 两柱掩护式支架由于支架使用高度降低后,立柱的倾角增加,会导致支架的实际支护强度降低,不同支架使用高度的支护强度见图2。

图2 支架支护强度变化曲线

由支护强度变化曲线可以看出,支架在 3.5m时的支护强度比 4.8m时降低约 10%。尽管如此,在工作面初次来压时支架的安全阀开启率很低,可见支架设计支护强度满足工作面地质条件要求,因此,支护强度低不是导致支架损坏的原因。

（4）支架扭矩分析 从支架掩护梁的破坏形式看,主要为承受扭矩时发生破坏。图 3为ZY7600/24/50型掩护式液压支架在不同支撑高度时,在顶梁偏载工况下顶梁和掩护梁的扭矩图。由图可以看出,支架高度在 5.0～3.0m范围内变化时,顶梁的扭矩变化不大,而掩护梁的扭矩却增加了 68%。可见,支架在支撑高度达到 3.0m时,工况比较恶劣,是掩护梁发生破坏的原因之一。

图3 顶梁、掩护梁在顶梁偏载时的扭矩曲线

（5）支架初撑力分析 支架初撑力是保证工作面顶板稳定和控制顶板下沉量的关键因素之一。足够的初撑力不但能维护顶板的完整性,而且能控制顶板的下沉速度。从图 4可以看出,ZY7600/ 24/50型液压支架在 3.5m左右的高度时的初撑力较 4.5m高度时初撑力低 5%左右。初撑力的降低导致顶板下沉速度增加,从而使工作面工况更加恶劣,来压加剧。

图4 支架初撑力变化曲线

（6）工作面过断层 工作面初次来压时,距离采面前方 30m左右,有倾角 65°,H=4.2m的断层,完全横贯工作面。断层的存在,工作面基本顶的断裂长度增加,并且回转形态发生变化,从而造成工作面压力增加。

2 应对措施

基于上述原因,并根据 ZY7600/24/50型掩护式支架的具体损坏情况,在保证工作面正常生产的前提下,提出如下应对措施:

（1）焊接加固。首先对损坏严重的 5架支架进行补焊,保证支架功能的实现和工作面正常回采;其次,对剩余损坏支架利用工作面检修时间进行加固处理。

（2）凡是损坏的支架掩护梁用单体液压支柱加以辅助支护,并采用远距离操作。

（3）过断层时,支架工作状态更加恶劣。有关部门在生产过程中详细制定了工作面过断层安全技术措施,并严格执行。

（4）支架高度的降低,会造成掩护梁扭矩的增加,受力状态的恶劣,因此,在条件允许的情况下,尽量保证支架工作高度控制在 4.0～4.5m的范围内,以减小支架掩护梁的扭矩。

TD 355.4

B

1006-6225（2010）02-0066-02

2009-11-03

章 元 （1966-）,男,安徽巢湖人,工程师,现在安徽皖北煤电股份有限公司生产技术部从事采掘机械化技术管理工作。

[责任编辑:张银亮]