工作面下端头倒架事故处理方案和对策分析

吕兆海（神华宁夏煤业集团公司清水营煤矿，宁夏 银川 750001）

1 前言

液压支架是煤矿综采工作面的重要设备，且数量最多，其能否正常工作，对整个工作面的安全生产和高产高效至关重要[1]。在工作面生产过程中，液压支架容易出现自动降架、死架、倒架等；除支架倒架外其余故障是局部性的，处理起来也比较容易，对生产影响较小。一旦发生倒架事故势必影响工作的正常运行，制约安全生产。因此，有必要对综采工作面支架倒架原因进行深入分析，并提出相应对策。

110202综采工作面是清水营煤矿首个大采高工作面，主采煤层为二煤，煤层倾角20°～27°，平均23°，开采深度138～338m；工作面走向长1 180m，斜长285m，工作面煤层平均厚度5.25m，设计采高4.2m。根据井下收集的资料，现开采的二煤顶板岩性为直罗组底部含粗粒砂岩，厚度20.27～21.52m，岩石孔隙发育、较松软、易风化，抗水浸能力极差，为不稳定岩层，属易冒落的一类无周期来压顶板；直接顶为粉砂岩、泥岩，厚度2.52～4.88m，岩石较致密，易软化，强度低、坚固性差，为不稳定岩层，属易冒落的三类周期来压强烈顶板。

2 倒架过程

2010年2月5日，110202工作面推进到80m时，由于老塘涌水(88m3/h)，下端头顶板破碎、底软，采场条件恶化，造成1#、2#端头支架钻底、倒架，3#～7#支架向上甩头且倾斜。工作面历时1个月处理倒架。在处理倒架期间，下端头先后出现9次溃水溃沙，溃沙量最大时达到120m3，造成端头支架和转载机机尾被黄沙数次掩埋；1#、2#端头支架顶梁下方高度较低、作业空间狭小，由于水、顶板、泥沙等因素综合作用，导致1#、2#支架拉移困难，每个小班在清完架前淤泥、连好推移千斤后，一次只能拉动200～500mm。通过采取施工临时水仓、下端头扩帮、挑顶、架棚，安装防倒防滑千斤，施工泄水巷等措施，于2010年3月5日使工作面逐步恢复正常，生产趋于稳定。

3 倒架原因分析

综采工作面由于管理的问题，支架倾倒现象时有发生；支架倾倒后，顶板失去支撑，很有可能引起局部冒顶，如果不及时处理，会有一架变成多架倾倒，形成大面积倾倒事故，造成工作面难以推进，造成倒架的原因有以下几个方面。

（1）工作面采高的影响。采高越大，倒架可能性越大，当采高不超过支架的性能及设计高度4.5m时，支架的合力作用线落在底座范围内，比较稳定；当采高超过规定时，支架的合力作用线就落到底座之外，稳定性差，遇到顶板来压，支架容易倾倒[2-3]。

（2）煤层倾角的影响。煤层的倾角越大，使支架的合力作用线越偏，稳定性越差，当煤层倾角大于18°时，就要采取防倒措施[4]。

（3）伪斜的影响。当工作面伪斜角度过大时，工作面输送机从机头开始上窜，上窜时输送机溜槽处于受压状态，间隙变小。输送机上窜后带动推移导杆向机尾方向偏斜，拉架时偏斜后的导杆牵着支架也往机尾方向偏移，支架偏移后再次推溜时，又加速输送机上窜，输送机上窜过程中与支架的相互作用是一个正反馈过程。由于输送机宽度小，重量轻，而支架顶梁长，吨位大，所以输送机上窜速度快，而支架要改变其原来的方向比较慢，比上窜速度小得多。当输送机上窜超过600～800mm时，机头段的推移导杆严重扭斜，就撇着支架底座，由于支架在上窜过程中架间间隙早已消失，活动侧护板全部收完，这时再拉移支架，顶梁已不能往机尾方向偏移，而支架底座在导杆的强迫作用下往机尾偏移，顶梁不动底座动，发生支架倒架。

（4）输送机直线。保持输送机直线是保证煤壁直线、支架直线的关键。在井下回采过程中，因种种原因，输送机直线最容易出现问题，而且往往是中间滞后。如果输送机中间严重滞后，就相当于同时甩机头和机尾，会使输送机从两头向中间挤压收缩，从而导致机头和机尾两头都短，机头机尾段的支架会发生倒架现象。

（5）由于底板松软使支架受力不均而歪斜。倒架现象大多发生在移架过程中，发现问题必须在移架过程中及时解决，否则很可能扩大到寸步难行。

4 处理倒架方案

（1）对机巷顶板采取架棚掏进，两侧棚立在临架的顶梁上，也可用800mm的单体支柱架在本架顶梁上配合支护；同时从支架间打立柱顶住棚梁，棚距≤0.5m，棚梁距支架顶梁净高1m，挑顶架棚的深度应超过顶梁与掩护梁的交界，先挑1#架，再挑2#架，严禁两架同时挑顶。

（2）对1#支架下帮进行劈帮处理，保证处理1#支架倒架有足够的空间；工作面下口顶板先注射马丽散，固化顶板，从1#、2#支架顶梁前端开始向尾端方向进行挑顶处理，挑顶后及时在顶板上铺设菱形网，架设“一梁二柱”抬棚进行支护。

（3）从端头支架前方5m处向外30m开始挑顶，将巷道上下肩窝挑平，保证巷高3.2m，锚网支护并架设“一梁三柱”支护顶板，并用枕木和小杆将“∏”型钢梁和顶板背紧背实。

（4）转载机机身段提前起底、硬化底板，防止支架钻底，保证巷道高度3.2m。

（5）分别在1#和4#、2#和5#支架各设置一组防倒千斤。安装方式：采用ϕ260mm的千斤活塞杆一端连接在1#、2#支架顶梁的防倒座上，缸体一端连接在4#、5#支架溜槽上的防滑联接耳子上。

（6）挑顶结束后，利用3#、4#支架上的防倒千斤配合单体支柱，依次将2#、1#支架扶正。对扶正的支架，再次前移时，必须先扶后降，再前移升紧，确定支架达到初撑力，严防二次再倒。

（7）移架时，支架立柱可下降150～200mm，以能移动支架为标准，同时使用斜拉千斤配合单体支柱调整支架底座，将钻底支架底座下垫设枕木、板梁，使支架垂直于顶底板。

工作面下端头施工示意图见图1。

5 技术保障措施

本次倒架事故对煤矿生产影响很大，为避免同样的事故再次发生，通过对扶架总结，提出如下保障措施。

（1）工作面下口挑顶区域和1#、2#支架顶梁上方，1#～5#支架架前煤壁注射马丽散，固化顶板。

图1 工作面下端头施工示意图

（2）在机巷距工作面106m处朝老塘施工泄水巷，解决工作面下口涌水、涌砂问题。

（3）针对老空涌水、涌砂增大的现象，机巷顶板上铺设双层金属网和防雨布等措施，确保工作面下口施工的安全。在1#～10#架段采用草袋充填架间间隙的方式减少架间漏沙。

（4）转载机机尾封底板加宽加厚，减少推移板与机尾间隙，将转载机与推移板固定牢固；连接板要封底，加强筋，连接销轴处要钢板加固，防止受力变形；用40mm厚钢板在转载机尾第四节槽子处烧耳板，用ϕ38mm大链拴推移扳，防止普通槽拉脱变形。

（5）加强探放水工作，在机巷转载机段提前打泄水孔，每10m施工一组孔(2个)，孔间距3m，孔径ϕ113mm，长度≥60m。

（6）加强下口及机巷排水工作，保证排水系统正常，管路、水沟畅通。安排专人清理水沟，在下口设置2台22kW潜水泵，并用沙袋沿水沟侧砌筑防水坝，确保水流畅通，及时将水排出去。

（7）处理好倒架后，必须加快下口推进速度，按照“下口进两刀，上口进一刀”的推进方式，每推进一刀必须将工作面顺直，调整好工作面采场，确保工作面顶底板平整度和直线度，加强工作面下端头管理。①为了控制刮板机上窜下滑，机巷超前风巷距离控制在15～20m，工作面沿底开采。②对2#～15#支架段进行卧底，降低15#架以下工作面的坡度，3#～5#支架坡度控制在3°～5°，6#～15#支架逐步过渡，与工作面机巷形成平缓过渡的圆弧段，上下口采高控制在3.2～3.5m。③在工作面机巷2#架下侧至7#架顶梁上方铺双层金属网，与机巷铺设的金属网扣扣相连，加强工作面下端头顶板维护。④随着工作面推进，对转载机桥身段提前起底、硬化底板。

材料消耗费用见表1。

表1 材料消耗费用统计

6 结语

从分析可知，对于大倾角综采工作面，工作面伪斜、输送机直线是影响支架倒架的主要因素，因此保持好输送机直线，调整好工作面的伪斜角度，是防止输送机上窜下滑和支架倒架的最根本途径。

（1）对机头第一架支架采取防倒措施，使之站正不倒，给工作面中间支架提供稳定的支点。拉移支架从机头第一架支架开始往机尾方向顺序移架，在移架过程中要注意调架。

（2）搞好工作面工程质量，顶底板割直割平，防止出现错台阶和超高，保持支架有效承载。

（3）在皮带巷，提前施工大孔径的泄水孔提前放水，完善排水系统，为工作面的安全回采创造条件。

（4）对工作面顶板含水层和顶、底板条件重新认识，由于机巷底板砂质泥岩受水浸泡后，容易造成支架钻底，初撑力不够、造成顶板下沉，给下口的安全、质量管理带来很大困难，必须提前对机巷进行起底、硬化，超前铺设金属网防止老空涌水、涌砂。

（5)在工作面回采前，设计要提前考虑施工辅运巷，作为工作面回采期间的主要泄水通道，从根本上解决工作面水患威胁。

[1] 吕兆海.大倾角煤层综放工作面采场管理研究[J].中国矿山工程，2009，(04).

[2] 王建军，李鸿双，王爱国等.综采工作面倒架、咬架原因浅析[J].煤，2000，(04).

[3] 袁 永，屠世浩，王 瑛等.大采高综采技术的关键问题与对策探讨[J].煤炭科学技术，2010，(01).

[4] 袁 永，屠世浩，窦凤金等.大倾角综放面支架失稳机理及控制[J].采矿与安全工程学报，2008，(04).