综采工作面支架倒架的原因分析

1课题的研究意义、国内外现状

1.1 研究意义：

综采回采工艺作为一种高效的集约生产方式，具有高产、高效、低成本等诸多优点，长期以来在中国各大矿区获得广泛使用，为中国煤炭产业发展做出巨大贡献 。液压支架作为采煤工作面三机设备中的基础支撑，只有确保液压支架稳定，才能为煤炭开采提供良好的环境。但综采中易发生支架倒架、咬架等事故，极大地影响了回采面生产的高效开展。因此，针对综采工作面支架倒架原因分析具有积极的现实意义。

关键词：支架倒架 倒架因素

2综采支架倒架的原因分析

2.1地质因素

综采工作面在回采过程中， 由于底板岩性软或通过下层空巷时， 支架在上覆岩层及自身重力作用下， 底座先失去平衡， 并带动整个支架失去平衡， 出现支架歪倒现象矿山地质是复杂多变的，有时遇到断层，构造等地段，顶板破碎，容易漏顶，乃至冒顶导致支架倒架。

还有在工作面过地质构造破碎带或老空区时，由于支架顶梁 接顶不实或支架顶梁上方有老空接不实时 ，会造成支架受力 不均，也会造成支架歪倒。

受断层影响：大倾角综采工作面过断层、地质异常区遇顶板破碎或断层面，极易引起片帮冒顶。从局部冒顶地点开始，上方支架架顶碎矸受重力作用下窜至下方支架架前空顶区域冒落，形成大面积空顶。支架一旦失去支撑，侧护板形成台阶，即发生挤架、咬架，进而发展为倒架事故。

2.2煤层倾角因素

支架倾斜倒架问题工作面坡度大容易使支架重心偏移失稳操作不当导致倒架另一方面工作面受褶曲影响底板波况起伏造成支架接顶不平倾斜断层区域需留底煤调整后跟涌水会软化底板致使支架底座下陷失稳倾斜。

对于液压支架而言，使用操作的恰当与否对于其稳定性有至关重要的影响。通常来说，回采面倾角不超过15°时液压支架具有良好的稳定性 。

煤层层面与水平面的夹角。按倾角的大小，煤层可分为：缓倾斜煤层（<25°）、倾斜煤层（25°～45°）和急倾斜煤层（>45°）。 由于支架与水平面一定的夹角导致支架倾斜所引发的倒架。

当煤层倾角>12°时，由于运输机自身重力原因下滑，此种情况表现在运输机前移的过程中。如图 ！ 所示：运输机的受力图及受力分析。

运输机在重力 G的分力 G1的作用下下滑，下滑的结果导致支架的推拉杆与运输机的连接偏移垂直方向而朝向斜下。生产过程中因为重力的分力 F及推力 ， 的分力 F1的合力作用促使运输机下滑加剧，推拉杆的偏移更加严重，从而加剧运输机的窜动，导致倒架发生。严重时因运输机窜动而堵死安全出口，使运输机与转载机不能正常搭接，严重影响生产。因为运输机的窜动引起大面积倒架，进而影响生产，甚至停产。

2.3管理因素

采煤机司机在割煤过程中， 由于操作不当或注意力不集中， 导致煤机割顶或啃底， 使工作面采高超过液压支架的允许支撑范围时，就会出现局部支架顶梁接顶效果不好， 再加上支架重心上移， 稳定性相对较差， 若赶上工作面顶板周期来压， 就会出现倒架现象；工作面链板机控制不当， 上窜下跳严重时， 会带动支架移动， 导致液压支架歪倒 。

操作方法不当。支架的正确操作是综采工作面质量标准化的重要保证，但操作不当是否会引起工作面支架的倒架呢？显然不能一概而论。当工作面倾角小于15°时，支架自身稳定性好，操作不当可能会引起个别支架倒架，是局部性的，并且很快会得到纠正。当工作面倾角大于15°时，支架自身稳定性大大降低，操作不当就可能会引起严重的倒架事故。特别是第一组支架要采取防倒措施，否则第一架一倒，再加上操作不当，后面的支架跟着倒，发生连锁反应，就可能演变为严重的倒架事故了。

伪斜管理。综采工作面伪斜管理是综采技术管理的关键，工作面伪斜调整不当，一旦失控，不但会使工作面输送机上窜下滑，上下出口不畅，难以管理，而且会使工作面支架发生大范围的倒架事故，顶板管理失控，片帮、掉顶频繁，严重影响工作面的安全生产。现场经验丰富的人都有这样的体会，而现场经验不足的人，认为伪斜管理与工作面支架倒架没有什么直接的联系，伪斜管理失控不是工作面支架倒架的主要原因。下面我们从工作面设备的结构、工作面推进过程中支架与输送机相互作用原理入手，深入分析工作面角度伪斜对支架的影响，从而得出正确的结论。输送机直线管理。保持输送机直线是保证煤壁直线、支架直线的关键。在井下回采过程中，因种种原因，输送机直线最容易出现问题，而且往往是中间落后。如果输送机中间严重落后，就相当于同时甩机头和机尾，会使输送机从两头往中间挤压收缩，从而导致机头和机尾两头都短，机头机尾段的支架都倒架。

2.4.工程質量因素

生产中工作面运输机进行重点顺平，保证每组支架侧护板均能正常打开，能防止支架挤架。工作面过断层、地质构造带期间，液压支架采用带压擦顶移架，尽量减少顶板松动，事先步降低采高，增加支架稳定性及减少破岩，液压支架随采煤机割煤立即移架。

底板松软或顶板不平造成倒架的原因还有底板松软或顶板不平，在回采过程中，有时会遇到底板岩性较软或者遇到软煤区，这会导致支架底座失去平衡，从而使整个支架倾倒。另外，，支架会因为顶板不平而处于线支撑或点支撑等受力不合理状态，进而导致支架失稳而发生倒架现象。

工作面煤机司机割底，所有支架拉移过后，为了保证初撑力支架接顶，导致支架射箭或栽头以致支架大脚下扎，支架倾斜。

在机头或机尾割三角煤时， 未及时调整工作面成一条直线， 会造成局部支架倾斜歪倒；正常生产过程中， 工作面局部区域出现超前或滞后， 在工作面找峒子取直过程中， 若方法不当， 也会导致小范围倒架。

2.5运输机窜动因素

综采工作面在理想状态下，一般是采用平行工作面垂直顺槽推进，但由于运顺与回顺高低落差，机头机尾轻重区别，是工作面与运输机产生一定的夹角，导致运输机左右窜动，带动支架窜动所引发倒架。

另外使用液压支架回收边角块段煤时， 一般工作面长度较短 或不规则，工作面链板机长度也较短 ，极易受割煤方向、割煤 速度、推溜顺序等因素的影响而发生上窜下跳， 若窜动量过 大，就会别倒支架调整支架同时，按虚旋转中心法调整运输机下滑，带动支架底座

下移，辅助扶正支架。

工作面上部伪斜控制不当：因溜子上窜下滑而未及时调整支架状态，造成工作面倒架；刮板输送机上窜，带动底座

当工作面伪斜角度过大时，工作面输送机从机头开始上窜，上窜时输送机溜槽处于受压状态，间隙变小，一般为 10 毫米以下，挤得紧时为 0-5 毫米。输送机上窜后带动推移导杆向机尾方向偏斜，拉架时偏斜后的导杆牵着支架也往机尾方向偏移，支架偏移后再次推溜时，又加速输送机上窜。当输送机上窜超过 600-800 毫米，机头段的推移导杆严重扭斜后，就撇着支架底座，由于支架在上窜过程中架间间隙早已消失，活动侧护板全部收完，这时再拉移支架，顶梁已不能往机尾方向偏移，而支架底座在导杆的强迫作用下往机尾偏移，顶梁不走底座走，于是支架不得不倒了。

2.6 支架侧护板安装方向

支架侧护板具有防漏矸及调架作用，出厂时活动侧护板一般安装在支架右侧。有人认为，如果是回采右工作面，活动侧护板刚好在支架下方，拉移支架后可利用本身的活动侧护板进行调架，使支架不容易倒架。如果是回采左工作面，活动侧护板刚好在支架上方，拉移支架后不但不能利用本身的活动侧护板进行调架，而且还容易使支架倒架。其实，这种说法是不正确的。首先，回采左工作面，虽然不能利用本身的活动侧护板进行调架，但可以收本架活动侧护板，用下临架的活动侧护板伸出进行调架。其次，回采实践证明，回采左工作面并没有经常发生倒架现象，回采右工作面也没有避免倒架的发生。第三，利用活动侧护板进行调架，其作用是有限的，因为支架的活动侧护板的有效行程一般为50-200mm，大多为 170mm，支架正常时的架间间隙为 50-90mm，所以只有在支架轻微倒斜的情况下对支架进行微调。第四，即使回采倾斜角度大于 15°的工作面，只要机头第一架站直不倒，工作面输送机平直，活动侧护板就不会使中间支架发生倒架。因此，活动侧护板的安装方向根本不是支架倒架的原因。

2.7设备自身因素

支架超高当实际采高大于支架的最大设计高度时，即为支架超高。很多人认为，支架一旦超高，支架不接顶，支架处于空载状态，容易倒架。这种观点，看似有理，实则不然。这是因为：其一，工作面支架超高一般是局部性的，临近不超高的支架对超高支架起到了限制和稳定作用，在工作面倾角小于 15°时，没有人为外力迫使其倒架，其支架自身的稳定性足以克服倒架的发生；其二，支架超高后，顶板压力作用到煤壁，煤壁容易发生片帮，片帮后使空顶面积增大，顶板在压力作用下破碎下沉，容易发生掉顶，此时支架也因顶板下沉而承载。因此，在煤层角小于 15°时，超高是片帮掉顶的重要原因，而不是支架倒架的主要因素。

参考文献：

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作者简介：胡斌（1982.7.17）男，陕西西安人，西安理工大学本科，助理工程师，研究方向：机电、采煤、生产管理。