综放工作面液压支架倒架原因分析及防治对策研究

董文耀

（潞安化工集团有限公司五阳煤矿，山西 长治 046205）

引言

综放工作面开采过程中具有开采效率高、巷道布置简单、开采流程简单、巷道掘进工程量小等优点。而在综放工艺中，液压支架是最重要的设备，能够有效地保障回采的安全性。假如在实施综采时，液压支架出现倒架的现象，那么将会消耗大量的人力、财力等，进而影响开采进度。

本文以五阳煤矿A综放工作面为研究对象，在实施开采时由于往往受到地质构造问题，而出现的倒架事故问题进行分析，与此同时对现场实际情况进行防治。

1 五阳煤矿A综放工作面工程背景

五阳煤矿A综放工作面煤层厚度基本处于6.05 m附近，平均倾角6°，其煤层属性属于进水平煤层，而在煤层中部包含1～2层夹矸，经过调研发现煤层结构相对简单，煤层硬度值取值为1.1。如表1为回采面的主要设备。通过分析可以看出，回采工作面走向长度达到了1 000 m，倾向长度达到200 m。工作面选用综放工艺，其开采的厚度可以达到6.05 m。该工作面在向斜构造的作用下，往往回采面呈现出一定的俯斜开采趋势。该回采液压支架型号选为ZF8000/20/38，其自身的质量为26 300 kg，表2为相应的液压支架主要参数。

表1 回采工作面主要设备

表2 液压支架主要参数

2 倒架原因分析

2.1 向斜构造影响

由于受到向斜构造作用，导致回采推进时煤层顶板出现破碎的现象，从而引发顶板进一步破碎。当回采工作面进入到向斜区域时，表现明显，通常回采工作面顶板从机尾位置开始出现大量的伪顶，其厚度通常可以达到500 mm。通常情况下，伪顶随着煤层开采而出现严重的垮落现象，当前随着回采推进，其影响的范围从机尾向着头部扩散。鉴于煤层开采厚度比较大，当煤层伪顶垮落后，将会引发直接顶出现破碎的现象。直接顶板破碎后将会引起裂隙以及向斜等问题，其进一步导致顶板破碎。与此同时，在向斜的作用下，通常相应的回采工作面开采的过程中，将会出现俯采状态，与此同时由于支架与煤层顶板的作用，出现接触不良的现象，以及支架工作阻力受到影响，从而导致支架中心向回采侧倾斜，更有甚者将会导致支架朝着回采面方面倾斜[1]。

2.2 支架支撑高度影响

对于A回采面而言，其选用支架型号为ZF8000/20/38，由于在支架连接方面存在一定的间隙，假如支架处于煤层上覆岩层下沉的影响下，那么将导致支架重心出现倾斜，而相应的偏移量与支架对否出现倒架之间存在一定的关联性。与此同时，煤层平均开采厚度可以达到6.05 m，由于在进行回采开采的过程中并未对向斜构造进行考虑，最终造成煤层顶板破碎以及出现冒顶脱落等现象。

2.3 刮板输送机不平直

由于地质结构对工作面掘进工作影响比较明显，当通过向斜结构初期时，刮板输送机中部槽出现后错问题，当支架进行拉架时，通常拉架作用将会对刮板输送机中部槽位置产生较大的后错量，这样将会引发回采机头以及机尾液压之间产生向前移动的趋势。与此同时，由俯斜开采、支架的工作阻力偏低、支架重心向回采面偏移、重心高度过高等因素综合作用，最终将会导致液压支架出现倒架的现象。

3 防止倒架措施

3.1 顶底板控制

假如回采面液压支架出现倒架的现象，由于工况条件比较复杂，那么煤层顶底板岩性以及相应的结构是产生支架倒架的原因。由此可以看出，可以对煤层顶底板选用行之有效的方式。

3.1.1 煤层顶板破碎

当处于回采环节时，顶底板出现了破碎的现象，通常回采面液压支架受到的阻力相对较低，从而导致出现了煤壁片帮的现象，这时可以通过注浆加固的方式对煤壁与顶板进行加固。具体的方式如下：其一，工作面注浆加固，回采工作面布置2排钻孔三花布置，孔间距5m，下排钻孔开孔高度1.0m，钻孔角度为15°，上排钻孔开孔高度2.5 m，钻孔角度为11°，孔深均为21 m，采用某公司生产的新型无机单液注浆材料耐固I号作为注浆材料；其二，对于回采工作面顶板，需要进行施工锚索、在煤壁上面设置玻璃钢锚杆工艺,这样不仅可以有效地防止支架顶板出现空顶现象，并且可以保证支架的稳定性[2]。

3.1.2 煤层底板松软

由于煤层顶底板处存在破碎以及积水的现象，因此在设置支架时，需要在支架底座位置设置垫板。这样不仅可以有效地增强底板的强度，而且可以防止支架底座出现钻底。

3.1.3 单体柱配合进行移架及处理倒架

假如回采工作面出现倒架后，并伴随现咬架现象，而在移动支架比较难时，这时需要单体柱配合进行移架及处理倒架实施超前支护，这样可以大大优化支架倒架的现象。每次移架时都必须通过支架的侧护板和底调千斤顶，将支架调成与刮板机垂直。由两名支架工协调操作支架与邻架，调整工作必须在支架进行动态前移过程中进行，严禁不移架进行摆架。斜量较大时，使用单体柱对支架进行调整，在支架降架前，选用适当高度的单体柱在支架下方打戗柱，以相邻支架底座合适位置为支点，以邻架为配合进行调整。打设、回撤单体柱时，人员要远距离操作，移架时，操作人员要避开单体柱倾倒的方向站立，并做好掩护，其他人员要远离作业地点。

3.2 支架重心调节

通常情况下，支架重心与支架支撑高度之间存在密切的关系。支架支撑强度与高度越大，工作重心也会偏高。与此同时，由于支架内部链接存在间隙，这样将引发支架重心出现便偏移，从而诱发支架失稳甚至出现倒架的现象。

通过图1可以看出，其中G表示相应的支架重量。假如支架支撑高度设定为M1，那么支架重心点位置用P表示。当支架重心作用在回采面时，那么这时将会产生一个水平分力F1，相应的力壁长度用H表示。进而可以得到水平方面的力矩N=FlH。假如支架支撑高度设定为M2，那么支架重心点位置用Q表示。当支架重心作用在回采面时，那么这时将会产生一个水平分力F2，相应的力壁长度用h表示。进而可以得到水平方面的力矩N2=F2h。当Ml＞M2时，那么相应的Fl＞F2、H＞h，那么Nl＞N2。由此可以看出，只要适当地降低支架的支撑高度，就可以有效地降低支架的中心偏移，最终引发倒架力矩值的变化。

图1 高度不同的支架发生倒架时的力矩分布情况图

3.3 回采管理

当处于回采面中部位置时，因其受到顶板水的影响，从而导致顶板出现破碎的现象，同时底板也存在松软的现象，从而导致出现煤壁片帮的问题，最终引发顶板出现冒落。当支架顶梁处于悬空状态时，那么将会对回采工作产生影响。在正常的回采过程中，值班领导以及检查人员必对复杂工作面进行管控，从而可以保证“三机”的平直。与此同时，需要对回采机头以及机尾进行定期检测。

4 工程实践

对于上述原因引发的A回采工作面支架出现倒架现象后，经过总结分析对煤壁实施施工玻璃钢锚杆、注浆加固、单体柱配合液压支架预掘巷道治理咬架、严格把控采煤作业过程等工艺。对于地质比较影响的地段，这时可以将采煤高度设置在2.8 m。经过5 d的回采，这时可以把液压支架扶正，从而可以大大优化回采支架的倒架问题。当已经扶正支架后，可以实现3.2 m/d的推进速度，从而可以大大优化矿井的煤炭采掘效率。

5 结语

通过分析发现，综放工作面由于地质结构的影响，直接导致支架重心出现偏斜，最终影响支架出现倒架的现象。依据实际的工况条件，为了能够有效地防止出现倒架事故，通常可以从如下几个方面入手：降低开采高度、注浆加固、保证采煤作业质量等，从而可以大大降低支架倒架现象，最终可以提高矿井采煤效率。