四井田煤矿大倾角煤层液压支架稳定性控制技术研究

王广林/乌鲁木齐环鹏有限公司矿业分公司



四井田煤矿大倾角煤层液压支架稳定性控制技术研究

王广林/乌鲁木齐环鹏有限公司矿业分公司

【摘 要】针对环鹏公司四井田煤矿煤层倾角极大赋存特点，提出控制液压支架稳定性急倾斜综采面安全高效开采的关键问题。通过分析伪斜工作面几何特征，确定工作面伪斜布置时的伪倾角及超前量，并在掘进时将运输顺槽抬高，回采时工作面下部分做个圆弧，有效防止液压支架下滑、倒架。保证了大倾角煤层综采面的安全高效开采，对类似煤层具有巨大的推广价值。

【关键词】大倾角煤层；综采工作面；伪斜布置；液压支架稳定性；二次改造

液压支架稳定性及整体设备可靠性是大倾角煤层综采工作面开采面临的关键问题，由于倾角的影响，液压支架的重力在法向及切向分量随工作面倾角增大而变化，致使切向分量增大而法向分量减小。为此，工作面液压支架支护系统所受的承载力变小，而引起液压支架支护系统整体失稳的侧方外力增大，液压支架重心落到底座之外，导致工作面设备下滑、倒架及支架之间挤、咬现象加剧恶化。因此，急倾斜煤层综采工作面液压支架稳定性控制的重点不仅是提高液压支架整体支护系统的工作阻力，加强急倾斜煤层采煤工艺优化和支护系统的稳定性也是工作的重中之重。

1.四井田煤矿急倾斜煤层生产概况

乌鲁木齐环鹏有限公司矿业分公司四井田煤矿大倾角煤层储量比重较大,煤层倾角大部分在28°～35°之间，水文地质构造复杂，地层产状变化较大，煤层顶底板富水性强。该矿03工作面大倾角综放条件下，由于煤层倾角达35°、支架重心大大偏离支架底座，开采设备稳定性差，尤其是支架稳定性差，加之煤层松软，煤壁易片帮，易发生支架围岩事故，进而影响采煤机和刮板输送机的稳定性，甚至使整个生产系统陷于“瘫痪”。

控制急倾斜综采工作面的主要技术措施有以下三种：一是在生产过程优化采煤工艺，合理布置机风巷位置，使工作面呈伪斜布置，使工作面倾角降低；二是对液压支架进行改造，增加支架防倒防滑的功能，确保支架的稳定性；三是在回采工作面下部做圆弧，使过渡架及下部支架的角度大大减小。

2.伪斜布置工作面控制液压支架稳定性

工作面煤层倾角是影响液压支架稳定性的主要因素，如果将综采工作面伪斜布置，就会适当的减小工作面的倾角，此方法是控制工作面液压支架稳定性的有效措施。仰伪斜综采工作面布置方式如图1所示，采用仰伪斜布置，即运输巷道超前回风巷道一定距离S，工作面的倾角由α变为α伪，根据相关几何关系，α伪＜α。

图1　伪斜工作面布置情况

由伪斜工作面布置情况图所示，综采工作面采用伪斜布置有以下特点：①采用伪斜布置后工作面倾角α伪比煤层倾角α小，工作面液压支架及其它主要设备稳定性均有所提高，控制较为容易；②液压支架采用自下而上方式顺序移架，有利于工作面下方液压支架（已移到位，并调整好）作为工作面上方液压支架移动的导向与稳固支点。该技术的核心工作在于工作面伪倾角及超前量的确定。

根据相关立体几何关系，得出伪斜工作面伪倾角及超前量的表达公式为：

其中式中：

α伪—伪斜工作面倾角,( °)；

α—煤层倾角,( °)；

L—不进行伪斜布置时工作面长度,(m)；

L伪—伪斜工作面长度,(m)；

β伪—伪斜工作面沿推溜方向的上仰角,( °)；

S—机巷超前风巷的距离,(m)。

以上分析可知，当L一定时，上仰角β伪随S、α的增大而增大，L越长这种影响越不明显。对于急倾斜煤层，煤层的倾角远远大于煤块的安息角(一般20°左右)，综采工作面采落的煤块会自然向工作面下部滚落，极易越过刮板输送机的挡煤板滚落至液压支架的人行通道，造成伤人损坏设备事故，当上仰角β伪过大时，更易使滚落的煤块越过输送机挡煤板窜入液压支架下面的人行通道，使此类事故加剧恶化。为此，确定上仰角β伪时不应过大，一般选取

7°左右。则把工作面相关数据带入上述公式得超前量S为9.95m。通过实际生产中检验，在50左七片煤层条件下，综采工作面伪倾角应控制在6°～8°，下端头超前上端头9.95m，可以满足该急倾斜综采工作面控制支架和溜子不上下窜的要求。

3.液压支架二次防倒防滑改造

综采工作面在急倾斜状态下，液压支架在移架等生产作业过程中，在自身重力分量及顶板岩层压力作用下会出现整体下窜或局部一架或几架液压支架下滑的现象，造成液压支架挤架、倒架、咬架和支架整体下滑等事故，严重影响工作面的正常生产与安全；推溜过程中，刮板输送机下滑或随支架下窜，从而影响生产进度或无法进行正常的安全生产作业。为防止支架下窜，四井田煤矿针对该矿所使用的液压支架特点让郑煤机设计并制作了防倒防滑装置如下：

3.1前三架的防倒防滑（1）前梁防倒装置

在液压支架前梁部位设计了防倒装置，三架支架为一组，连成一体。用ф 22×86-C大链和千斤顶连接。千斤顶采用护帮千斤顶，技术指标：缸径/杆径 ф 80/ф 60mm；推力/拉力 158/69KN；行程 380mm。

（2）底脚防滑装置

在液压支架推移调底装置上焊接了连接销，并用液压千斤顶和转向节连接，设置了防滑装置，三架支架相互连接成为一组。采用护帮千斤顶技术指标：缸径/杆径 ф 80/ф 60mm；推力/拉力158/69KN；行程 380mm。并在后四连杆，隔一架设一组防滑装置，采用护帮千斤顶。

（3）后座防滑装置

在液压支架后座上设置导链筒，用型号为ф 22×86-C大链和液压千斤顶连接把第一架支架和第三架支架连接在一起，液压千斤顶技术指标：缸径/杆径ф 100/ф 70mm；推力/拉力251/128KN；行程 700mm。防滑装置布置如下图2、3所示，采用邻架操作方式。

图3　底座防滑装置连接图

3.2中间架的防倒防滑控制

推移工作面中间支架时，以下架液压支架的侧护板为上架支架的导向，调整下架底座，调液压千斤顶顶住本架底座，并辅以本架推移杆，前移液压支架，当推移到位后，升架接顶。依次类推前移上一架液压支架直至机尾。操作时均采用邻架操作方式，在上架支架下方操作下架。

4.回采工作面下部做圆弧，使过渡架基本水平

大倾角工作面支架倾斜、下滑、倒架的主要原因是工作面支架支撑力不够，再加上四井田煤矿属于三软煤层，即使支架初撑力达到设计要求，但支护时间较长时，由于煤层、顶底板属于三软煤层，遇水、风化以后变的酥软，造成支架支撑力不够，支架失去稳定性，因此支架在自重的作用往下滑，容易造成倒架。为了防止支架下滑，失去稳定性，四井田煤矿制定了防滑措施之一就是在工作面下部做圆弧，圆弧长度保持在10-15m，这样以来工作面下部支架基本上处于水平面，可以有效的防止上部支架下滑，有效防止工作面支架倒架现象。

图4　工作面下部做圆弧

5.液压支架稳定性控制效果评价

在四井田煤矿03大倾角综采工作面推进过程中，现场统计了支架的液压信息、支架立柱倾向倾角、支架顶梁俯仰角、支架推运夹角等参数，统计数据表明，液压支架的上述参数均在合理的控制范围之内，工作面推进正常，没有出现大范围的影响工作面正常生产的液压支架倾倒下滑事故。

6.结语

大倾角采煤工作面实现综合机械化开采是一项较为复杂的系统工程，工作面液压支架尤其是下端的排头支架是整个工作面防倒防滑的基础。现场生产实践表明，采取工作面伪斜布置使工作面倾角降低和对液压支架进行二次防倒防滑改造，可以有效控制急倾斜工作面液压支架的稳定性，保证大倾角煤层综采工作面安全高效开采。

参考文献：

[1]朱川曲,缪协兴.急倾斜煤层顶煤可放性评价模型及应用[J].煤炭学报,2002,27 (2).

[2]黄建功.大倾角煤层采场顶板运动机构分析[J ].中国矿业大学学报,2002 ,31 (5).

[3]崔景昆.大倾角综采工作面设备稳定性的探讨[J].煤炭工程,2003 (5).

[4]霍志朝,章之燕.大倾角综采工作面设备下滑控制技术实践[J].煤炭科学技术.32卷第6期.

作者简介：王广林（1977－），男，助理工程师，本科，主要从事生产管理工作，现任乌鲁木齐环鹏有限公司矿业分公司常务副经理。