大采高液压支架自动控制技术研究

徐小红

摘要：在煤矿施工过程中，大采高工作面生产中存在着支架稳定性差，顶板压力大的情况，本文则主要分析了大采高工作面在实际中液压支架自控控制以及稳定性分析。

关键词：大采高；液压支架；自动化

引言

液压支架作为综采工作面的重要设备之一，是安全生产的基本保障设备，能够有效控制围岩变形，减少冒顶事故的发生，其结构由底座、连杆机构、立柱油缸、掩护尾梁、平衡油缸、推移油缸、顶梁及侧护板、千斤顶、前梁、护帮板等部件组成，对支架进行自动化可以大大降低采煤的成本。

1、大采高液压支架自动控制技术需求

1.1、工作面顶板与煤壁管理需求

采高大于4.5m的工作面，其基本顶来压强烈，基本顶周期断裂高度随采高加大而变化。工作面上覆岩层断裂后空间高度随采高加大而增高，尤其是采高达6.5m时，在整个回采过程中自由空间大于3m，这对支架受载和工作面围岩稳定性是十分不利的。顶板下沉与工作面的支护强度密切相关，液压支架的支护强度越大，顶板的下沉位移量越小，距离底板越近其位移量越小；当支架支护强度小于1.6MPa时，支护强度的增大对顶板下沉作用较为明显，而当支架的支护强度大于1.6MPa时，支护强度增大对控制顶板下沉作用逐渐减小，并逐渐趋于稳定。所以，只有保证支护强度，提高支架初撑力才能有效控制顶板下沉位移量大采高工作面提高了液压支架的工作阻力，液压支架的初撑力也有大幅提高，如果液压支架对顶板支撑阻力不足，将会导致工作面顶板过量下沉，甚至会发生压架事故。如果支架梁端距较大，在采煤机割煤后，支架前方大面积的顶板得不到支撑。对于破碎顶板，应及时支护，否则会使发生冒顶事故的风险增大，MT 550—1996《大采高液压支架技术条件》规定，支架梁端距应不大于480mm。在煤层开采过程中，会在煤壁的前方形成支承压力，在支承压力的作用下，煤体发生变形、破坏。在割煤过程中，煤壁由三向受力状态转变成两向受力状态，降低了煤壁处煤体的稳定性，同时在顶板的集中应力作用下将煤壁边缘部分的煤体压缩，使其失去对顶板支撑的能力，使得上方顶板的压力转变成由煤壁深部的煤体来支撑，支承压力峰值便向煤体深部发生移动。煤体强度越差，支承压力峰值距煤壁越远。如果液压支架对工作面顶板的支撑力不足，也会使顶板的支承压力峰值靠近煤壁。为了防止片帮事故的发生，MT550—1996《大采高液压支架技术条件》规定，支架必须有护帮装置，护帮高度应不小于800mm。

1.2、支架防倾倒控制

大采高液压支架的质量加大了，重心提高了，液压支架的稳定性能变差了，为此，应采取加大液压支架中心距、增加宽度等措施来提高液压支架的稳定性能。MT 550—1996《大采高液压支架技术条件》规定，在空载条件下，支架最大高度时，顶梁水平状态相对于底座中心最大偏移量应小于80mm，支架必须设置防倒调底装置，或者预留连接耳座，顶梁侧护板侧推力应大于支架重力。有效地控制液压支架的重心高度和位置是大采高液压支架防倾倒的有效措施。

2、大采高液壓支架防滑措施

2.1、底座前及支架前梁上加焊单体柱柱窝

S8310大采高综采面煤层倾角平均为6°，在工作面局部地段（分别在距离切巷约560m、770m和900m处）煤层倾角变化较大，存在倾角约为18°的大坡度段，因此所用支架要增设防倒设施以适应大坡度段工作面的正常回采。具体措施为：通过在支架的底座前及支架前梁上加焊单体柱柱窝，在生产过程中利用单体柱进行调架和摆架。当工作面回采中需要调整支架时，可通过在相邻支架底座柱窝内打单体柱支设底端，在本架前梁柱窝内支设顶端进行摆架。

2.2、调整支架角度状态

大坡度段工作面回采时，支架需要与工作面顶、底板垂直，此时极易出现倒架事故。因此需要从机尾开始逐架对支架进行角度状态调整，伸出支架侧护板千斤顶的1/3～2/3，以防止移架过程中出现挤架现象，确保支架间隙均匀，相邻支架间不会出现错差。通过对支架进行调整角度后，支架所处的坡度虽然能够相对变缓，但仍会出现台阶现象，使支架接顶不平，但是由于顶板比较破碎，接顶不平所带来的问题不明显。

2.3、留底煤调整工作面坡度

当工作面过大坡度段时，应适当保留底煤以调整工作面的坡度，降低因坡度较大对工作面采煤机的正常运转所造成的影响，也有利于支架稳定性控制。1）采煤机防滑措施。对于倾斜工作面，为了防止采煤机的下滑，常通过在机组牵引马达上安设液压阀来对采煤机停机时进行制动控制；而且要求采煤机在将要停机时，确保煤机的前后滚筒落下并切入到煤壁内，以阻止采煤机的下滑；同时当工作面过褶曲构造的轴部坡度较大区段时，应适当保留底煤以调整工作面的坡度，降低因坡度较大而对工作面采煤机的正常运转所造成的影响。2）输送机防滑措施。输送机主要通过调整推移顺序的方式来防止输送机的下滑，每次推移输送机时，应先清理输送机机头机尾处的浮煤，防止推移输送机时，机头机尾飘起而导致的输送机下滑；输送机的推移应从工作面下部向上部依次顺序推移，并通过将工作面调成伪斜的方式，来防止因支架下滑而带动的输送机下滑。

3、结语

大采高支架的优势在于提高煤质、提高回收率，提高工作效率，大采高液压支架对煤矿工作面煤层、顶底板、运输及巷道适应性满足要求，且相似地质条件煤矿有过成功应用案例，可以不断推进煤矿企业的发展。