重型液压支架歪架倒架机理研究

王稳世　李大军

摘要：俄霍布拉克煤矿5305综放工作面回采期间遇到一条正断层，倾角70°，落差8.2m，给回采带来了较大的难度。由于断层带煤质受断层牵拉影响，煤质极度酥软，揭露断层带顶板极易冒落，造成工作面支架歪架倒架。通过现场各种措施对顶板、煤壁进行控制，对支架进行扶正，为今后过断层煤炭开采提供了宝贵的经验。

关键词：重型液压支架；歪架倒架机理；煤炭开采；综放工作面；过断层 文献标识码：A

中图分类号：TD355 文章编号：1009-2374（2015）29-0165-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.082

1 工作面概况

工作面地貌属天山褶皱带的南麓，塔里木地块北缘，山前拗陷地带的单斜构造，为低山丘陵地貌、基岩半裸露，地表被第四系黄土和砂砾层覆盖，地形起伏不平，冲沟发育。该面位于主斜井以西，北部为5303面采空区，西部为未采区并距井田技术边界828m，东部为5105工作面采空区，南部未空区。

该面平均走向长度2100m，倾向长度193m，所采煤层为下5煤，黑色，块状构造，光亮型，垂直裂隙发育，煤层厚度8.7m，煤层平均倾角为11°，煤层厚度变化较大，煤层垂直裂隙发育，易冒落片帮。本面选用ZF12000/25/38型支掩式液压支架和SL300型无链电牵引采煤机，机采高度为3.2m，平均煤厚8.7m。则平均放煤高度为5.5m，平均采放比为1∶1.72。

5305工作面从切眼推进265m左右时，工作面揭露一条正断层，材料道揭露落差为1.2m，沿着工作面向下落差增大为8.2m，由于断层带煤质酥软，顶板极易冒落，在断层揭露后工作面从98架至112架顶板大面积冒落，造成支架空顶严重，随着向前推进，断层处岩石硬度增加，采用放震动炮的方式进行破岩，由于放炮震动再次造成顶板冒落，导致支架再次空顶，给拉移支架造成极大困难。支架从80架至100架歪架倒架严重，其中85架至98架尤其严重，支架最大倾角达到42°，工作面一度被迫停产，处理歪架倒架。

2 工作面支护状况

工作面共布置综放支架112架，其中中间架（ZF12000/25/38）105架、运输机尾过渡支架（ZFG12000/25/38）4架、运输机头过渡支架（ZFG12000/25/38）3架、端头支架（ZT20000/25/38）机头布置1组。

3 工作面支架受力分析

如图1（a）所示，在大倾角综放工作面上，支架在正常工作时，支架在顶板压力的合力N，支架自重G，初撑力N1，上下邻架间可能的挤压力P1和P2，底板反作用力N2作用下处于平衡状态。

图1

当支架所受合力作用点偏出支架底座下边缘时，就会导致支架歪倒。在力矩极限平衡时，地板反作用力N2作用于O处，如图1（b）所示。此时有：

Gb=（P1-P2）H+（Hsinα-B2cosα）Nb=（B/2）cosα-Hgsinα

式中：H为支架高度；B为支架底座箱宽度；Hg为支架重心高度；b为支架自重作用方向与支架底座箱下边缘的水平距离。由上式可以看出b与Hg成反比，支架底座箱越宽，支架重心越低，支架使用高度越低，支架越稳定，适应的倾角与抗压强度将越大。从图1中可以看出，支架自稳力臂长b随支架重心高度增大而减小，随支架底座箱宽度增大而增大，所以支架底座箱宽度越宽，支架支撑高度越低，支架重心越低，支架的自稳力矩越大，则支架的适应倾角与抗压强度就越大。

4 工作面过断层歪架倒架的原因

4.1 支架蹬空，接顶不实

受断层影响工作面煤质松软，煤机滚筒截深800mm，但煤机割煤后加上片帮足有1200mm，支架前方空顶面积较大，容易造成漏顶、空顶使支架蹬空，初撑力达不到要求，不能有效支撑顶板，因此支架受力的稳定平衡状态被破坏，极易发生歪架倒架现象。

4.2 工作面上部倾角增大

由于断层工作面上部上爬量较大，局部达到25°左右。工作面倾角增大对歪架倒架的影响主要表现在两个方面：一是存在下滑分力，在支架重力分量（F=Gsinα）作用下，随着角度的增大，支架下滑和倾倒的可能性急剧增加，支架极易失稳；二是支架重心偏离底座箱中心较多，使支架稳定性降低，支架在降架前移时会因为失去支撑点而造成歪架或倒架。

4.3 支架支撑高度的影响

根据支架力学结构分析，随着支架支撑高度的增大，支架重心随之增高，在工作面倾斜角度不变的情况下，由下滑分力引起的翻转力矩随之增大，支架歪架倒架的可能性也随之增大。而支架采高越低支架本身防倒的稳定性也越高，该面发生倒架时由于片帮、漏顶采高超过3.8m，基本超出了支架的支撑范围，由于支架超高后支架本

身的稳定性得不到保证是造成倒架的主要原因之一。

4.4 支架侧护板没有压力锁

该面支架自重达到41吨，由于支撑高度增加，工作面倾角增大，使得下滑分力增大。由于支架侧护板没有安装压力锁，下滑分力超出了千斤顶自身承受的极限压力，使得千斤顶自行收缩，支架随之向下歪斜，造成工作面挤死支架，给拉移支架带来极大困难。

4.5 防倒装置不完备

现场经验认为只有下出口过渡支架有防倒装置就可以，其余支架和运输机相连就不需要防倒装置，实际在放煤时，煤流及大炭块都会对支架有一个向下的分力，尤其是支架越高尾梁越低，大炭块越容易碰撞尾梁，使支架产生向下的摆动，从而带动支架发生掉斜，这样就会使支架间的间隙发生变化，支架偏移，在拉移支架时前部运输机通过千斤顶的拉力不垂直与支架，而产生侧向的分力，从而诱发歪架倒架。

5 针对5305工作面歪架倒架的处理措施

5.1 煤壁注马丽散进行固化endprint

由于煤质酥软，煤壁极易片帮，采取注马丽散的方式对煤壁进行固化处理，注射孔采用M型深浅孔交叉布置，深孔5m，浅孔3m，根据马丽散扩散半径布置眼距，效果比较明显，煤壁得到有效控制，使用后煤壁不再发生大面积片帮现象。

5.2 人工扩棚支护顶板，降低采高

由于受断层影响煤质酥软、顶板破碎，工作面极易造成漏顶、掉顶事故，采取人工扩棚支护顶板的方式及时支护顶板。在歪架倒架范围内分上下两组进行人工扩棚，采用3m长矿用“工”字钢，配合DZ-3.5m单体支柱，一架两梁，一梁两柱，梁子一头搭在支架前梁上，一头用单体支撑，钢梁上方铺设菱形金属网及半圆木，逐架进行，高度控制在3.1m左右。采取扩棚措施后顶板得到有效控制，不再发生漏顶、掉顶事故，支架能够有效支撑顶板，同时使支架自身也有了生根点，当人工扩棚两次以后，工作面支架不再歪架倒架。

5.3 增加防倒千斤顶

以运输机尾站正的支架作为防倒千斤顶生根点，将歪架倒架范围内的支架增加两个千斤顶，一个加在支架顶梁工艺孔上，一个加到支架尾梁上，这样在扶正支架期间效果较好。

5.4 增加侧护板压力锁

在80架至100架安装侧护板压力锁，这样在支架扶起来以后不会因为侧护板千斤顶受力收缩而在此造成支架歪架。

5.5 采用单体支柱进行辅助扶正支架

由于工作面支架倒架严重，个别支架倾斜达到42°，给支架扶正带来极大难度和安全风险，在这种情况下，靠支架自身已经无法保证正常拉移，需要靠辅助手段进行拉移，该面采用多根DZ-4.5m单体配合防倒千斤顶进行拉移、扶正支架。拉移支架从上向下，辅助单体一头打在下一架底座箱上，一头打在待拉支架前梁、顶梁工艺孔上，再配合防倒千斤顶边拉边调，使其进入到人工扩棚的下方，这样当支架整个前梁全部进入棚梁下方后，支架基本就调正了。由于调架期间相邻下方的支架与待调支架间隙增大，为了确保施工安全，在架间采用工字钢和半圆木进行支护，防止架间漏炭、漏矸。

6 预防歪架倒架的措施

经过对5305工作面过断层期间歪架倒架的原因分析及其扶正的整个过程的探索与研究，为我们今后过断层提供了宝贵的经验，以后杜绝该类事故有了明确的方向，要防止歪架倒架需做好以下四点：（1）严格控制工作面采高，严禁支架超高使用，已经发现有空顶、漏顶现象的必须及时进行接顶；（2）工作面局部上爬期间选择好上爬角度，不能造成工作面局部角度过大；（3）加强工作面运输机上窜下滑的管理，防止运输机上窜下滑带动支架歪架；（4）坚持按照正规循环作业，加强工作面工程质量管理，做到“三直两平两畅通”，发现局部超前或滞后要及时进行调整。

7 结语

造成液压支架歪架倒架的因素是多方面的，实际工作中应加强对支架歪架倒架的因素分析和控制，根据不同的因素采取不同的措施，杜绝今后该类事件发生，使综放工作面发挥出高产高效的优势。

参考文献

[1] 侯新付，李军.大倾角综采放顶煤工作面设备防滑、防倒技术[J].煤炭科技，2008，（3）.

作者简介：王稳世（1979-），男，甘肃通渭人，徐州矿务集团新疆天山矿业有限责任公司综采一区区长。

（责任编辑：王 波）endprint