浅析大采高支架稳定性的影响因素及控制措施

张 杨,刘建明,种德雨,代华明

(中国矿业大学)

浅析大采高支架稳定性的影响因素及控制措施

张 杨①,刘建明,种德雨,代华明

(中国矿业大学)

针对大采高综采支架的稳定性问题,探讨了大采高支架倾倒的影响因素,给出了一些控制条件,提出了大采高支架倾倒控制措施,对煤矿大采高工作面控制支架倾倒具有指导意义。

大采高;综采支架:稳定性;影响因素;控制措施

制约大采高开采高度的因素是多方面的,其中,大采高综采支架的横向失稳问题是生产实践中迫切需要研究解决的难点之一。支架横向失稳的主要表现形式是高架倾倒,即高架顶梁与底座发生相对线位移,其倾倒特征、方式及程度受众多因素影响,主要有:底板倾角、采高、支架重心高度、支架位置等,这些因素有时单独作用,有时交互作用,使高架倾倒问题变得很复杂。

1 大采高液压支架稳定性事故分类

根据生产实践,大采高支架稳定性问题可分为两大类,即横向稳定性问题和纵向稳定性问题。

1)横向不稳定,是指高架顶梁相对底座偏离原横向设计位置。有以下3种具体情形:

a)顶梁与底座发生相对角位移,即高架在走向方向上歪扭,属横向歪扭。

b)顶梁与底座发生相对线位移。即高架沿倾向倾倒,属横向倾倒。

c)顶梁平面相对底座平面有一横向夹角,顶梁与底座不平行。

2)纵向不稳定,是指高架顶梁相对底座偏离原纵向设计位置。有以下3种具体情形:

a)支架向煤壁方向倾倒。

b)支架向采空区方向倾倒。

c)顶梁平面与底座平面不平行,存在一个纵向夹角。

2 高架倾倒的影响因素与控制条件

高架倾倒是大采高液压支架横向不稳定的主要表现形式。现场观测表明,高架倾倒在大采高综采工作面表现为向上或向下倾倒两种形式,两者均占一定的比例。高架倾倒的影响因素主要有:

1)工作面采高。大采高综采工作面随着采高的增大,支架的重量加大,侧向活动空间加大。在给定架型的条件下,支架的重心随采高加大而升高,但底座的宽度不变或变化很小,当支架倾斜或受复杂力时,其稳定性变差。同理,在给定采高的前提下,支架的重心越高,其稳定性也越差。

2)煤层倾角。在有倾角的工作面,随着倾角的加大,支架会沿底煤层底板下滑,在回采工作面,由于顶梁间排列紧密并且有侧护板的约束作用,而底座之间的间隙较大,造成底座失稳下滑。因此,支架的下滑往往发生在立柱支撑力小或无支撑力时,如发生在支架上方顶板冒空或移架过程中。

3)地质因素。由于地质因素的影响,顶板在下沉的同时,往往还伴有微量的向下倾斜移动,这会带动支架顶梁也向下偏斜,促使支架在一定程度上向下倾倒。当发生顶板漏冒时,支架的上方就会形成空顶,支架就失去了顶板约束,对支架稳定性不利。地板受软岩因素的影响时,支架的稳定性会受到很大影响。

4)回采工艺。大采高综采开采中,移架顺序对于工作面的整体下滑起很大作用,由下而上移架的下滑量要比由上而下的下滑量大的多。由上往下移架,由于下方的支架是固定的,限制了移架过程中的下滑。反之,由下而上移架,由于第一架没有侧位约束,下滑量大,也会导致整体下滑量加大。其次,顶煤在工作面方向上各个位置的受力不同导致了顶煤的冒放性不同,从而要求在工作面不同位置采用不同的放煤工艺,而且在顶煤放出过程中,支架上方顶煤移动会影响相邻支架上方顶煤的状态,进而影响相邻支架的受力状态与稳定性。放顶煤支架后部的放煤机构在放煤过程中受到煤流向下的分力,会对支架掩护梁及尾梁施加侧向力,使支架产生侧向摆动,从而带动支架扭斜。工作面向前推进过程中,如果工作面倾角大,支架降架前移时,会因失去支撑点而偏斜或倾倒,在综采过程中,由于支架上方为松软的顶煤,这一现象会更加明显,对支架的稳定性影响更大。

3 提高支架稳定性的措施

大采高液压支架稳定性控制包括单个支架和相邻支架组的稳定性控制两个方面。其目的在于尽量降低不利因素的影响,有效提高支护系统的稳定性。

1)加大底座面积,调整合力作用点位置,使底板比压降低,这样可加大支架初撑力,是支架工作时充分利用工作阻力,移架时保持一定的阻力。提高初撑力和工作阻力,可有效地增大支架工作状态的稳定性,所以在支架设计时,应尽量选用较大缸径立柱。在保证刮板输送机千斤顶空间的情况下,底座应尽量加宽。

2)在保证对顶板足够支撑强度的前提下,尽量减轻支架重量。大采高大倾角煤层走向长壁工作面矿压显现的主要特征是由于不均匀充填导致沿工作面倾斜方向来压顺序、持续时间、来压强度的不均衡和顶板对支架作用的载荷而有变化。同时,由于支架重量与稳定性成反比关系,因此,只要支护强度能满足要求,应尽量减轻支架重量,以提高稳定性,同时对支架在工作面的调整和移架也有利。

3)提高工作面支护系统稳定性。工作面支护系统的稳定性除需保证单个支架在工作过程中的稳定外,还应考虑设置排头排尾支架组,使工作面支护系统有相对稳定的整体性和可靠的依托。通常,排头排尾支架组可由3～5架工作面基本支架(由附加装置连成整体)来组成;端头支架则需要针对具体条件特殊设计与布置。

4)减小支架顶梁和底座间的间隙,使它没有倾倒和滑动的空间。支架侧护板千斤顶、侧推弹簧使支架顶梁相互靠紧,始终保持有足够的扶正力,防止倒架和滑架。其次,将工作面布置为伪斜,减小工作面实际倾角,在相邻支架底座之间可设置防滑千斤顶,以有初撑力的支架为支点,调整相邻支架的位置。

4 结 语

综上所述,对大采高的采场,不仅要优化设备配套,采取有效的防倒、防滑措施和采煤工艺方法,而且要加强管理,提高工作面装备的整体稳定性提高工作面设备整体可靠性,提高开机率,加快工作面推进。从而实现大采高综采矿井的安全高效开采。

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[4] 刘锦荣.大采高综采面支架-围岩稳定性与保障系统研究[M].徐州:中国矿业大学出,1996:1-16.

Analysis on Influence Factors and Control Measures of Stability of Large Mining Height Supporter

Zhang Yang,Liu Jian-ming,Zhong De-yu,Dai Hua-ming

In connection with the stability problem of a large mining height supporter,discusses the dumping factors,gives some control conditions,puts forward a large mining height supporter dumping control measures,it has significance to large mining height coal mining face control supporter dumping.

Largemining height;Fullymechanizedsupporter;Stability;Impact factor;Control measures

book=3,ebook=68

TD355.2

B

1672-0652(2010)03-0041-02

2010-02-28

张 杨 男 1987年出生 2007级中国矿业大学矿业工程学院在读本科生 徐州 221116