综采工作面液压支架防倒防滑以及防压架技术研究

＊樊振兴

（山西西山煤电股份有限公司西铭矿 山西 030000）

液压支架在煤矿综采工作面承担着重要的支撑作用，它是保障煤矿综采工作面安全生产的重要设备，确保液压支架的稳定可靠布设对综采工作面安全采煤意义重大。对于部分矿井综采工作面，受巷道顶底板条件的影响，如顶底板岩性较弱，为泥岩粉砂岩组的，以及综采工作面倾角较大等不利因素的影响，在工作面回采期间液压支架易出现歪抖下滑和压架等问题。对此，相关学者进行了大量研究，如赵榕[1]评价了大倾角综采工作面液压支架稳定性及适应性；刘晋平[2]分析了液压支架的顶梁强度并进行了液压支架的优化设计。但很少有学者专门针对液压支架的倒滑原因及压架原因进行分析，并研究液压支架的防倒滑及防压架措施，对此，下文以西山煤电集团某矿1201综采工作面液压支架倒斜情况为例，分析了液压支架倒斜原因并提出了一系列具体防治措施，进而达到更好的防治液压支架倒斜的目的。

1.工程概况

西山煤矿一煤矿矿区的可开采煤层为1号煤和2号煤两层煤。井田的地质结构十分特殊，在开采中受到地区构造带的严重制约。

1201井田内的煤层顶板以砂质泥岩、炭质泥岩和泥岩为主。底板岩中的主要成分为细砂岩、粉砂岩和泥岩等。该工作面煤层的平均厚度为6.7m，煤层倾角为16°～18°，在煤层中存在4～6层夹矸，夹矸的厚度分布在0.3～1.15m，夹矸的总厚度在2.03～2.99m，其中夹矸岩性以泥岩、炭质泥岩和少量的粉质泥岩为主。煤层划分为5～7个小煤层，煤层含煤厚度为3.17～5.1m，平均煤层厚度超过4.13m，煤层含煤率62.0%。表1为2煤顶板岩性的稳定性分类。

表1 2煤顶板稳定性分类

根据资料[3]，1201、1101两顺槽巷道的2个煤段、1个煤段的2个顺槽巷，在掘进过程中，发现了27个断裂，其落差范围为1～3.5m，走向为NW。其中，1201工作面在施工过程中，有9条断裂在0.5m以上，4条对回采有重大影响，F9逆断裂的最大落差为1.9m。

对1201煤层的物理性质、复合结构及结构特点进行综合分析，发现很容易出现煤层分层现象。由于工作面频繁出现漏顶问题，导致工作台支撑作业不稳，对技术管理和安全生产都产生了很大影响。

依据1201工作面顶板岩石特性和顶板分级，现有1201综放工作面的顶板是一种非常不稳定的复杂顶板。基岩主要是砂质泥岩和粉砂岩。2号煤层的岩体完整性较差，裂缝较多，机械强度较低。岩体的普氏硬度指数为1～3，属于较弱的岩体，并存在较强的吸水性和膨胀性。

结果表明：1201综放区的裂隙可以穿透顶、底板，极大削弱了岩石的整体稳定性，造成顶板坍塌和底板损坏。煤层冒顶、底鼓等原因，使煤田的岩体变形、矿压显露，使油压支承出现歪斜、咬架、压架、作业难度大等问题。当某一支架出现倾覆、压死的情况，因支架之间的连接关系，如果支架歪斜、压死事故处理不到位，致使顶板支护失效，则会造成更加严重的顶板事故。

2.软岩顶板管理

(1)回风顺槽超前支护

由煤墙向外支撑2行50m的架棚支护（取决于顶板压力和破碎的实际情况），一梁一柱：JHDB-1200铰链式顶梁与DW3.15/250-100X型单体液压撑杆支撑着T形支架，其走向棚距巷中线的间距为1.1m。间距2.2m，柱距1.2m，一列15m，下帮一列横梁支撑距136架侧面护壁不超过0.3m。

(2)运输顺槽超前支护

从煤墙往外推2列32m的预应力支架（需要充分考虑电机、减速箱的因素），一梁一柱；选用JHDB-1200组合顶梁与DW3.15/250-100X型单体液压支架支撑T形支架。柱距1.4m，柱距1.2m，下帮一列架子支撑距煤墙0.7m；从装载机内侧到外边的一列向式棚棚，由架棚至巷道上帮间隔0.4m，长度20m。

(3)上、下出口端头支护

下部端头由JHDB-1200铰链式吊杆与DW3.15/250-100X型单体液压撑杆支撑2行T形支架，并在2列导轨上进行加固。从下帮一列向棚子在切顶线上开出，与下帮相隔0.7m，而在另外一列走向棚与末端油罐之间的间距不超过0.5m，两个方向的棚间距不低于0.8m。

上部结构为JHDB-1200组合顶梁，与DW3.15/250-100X型单体液压撑杆支撑3列向T形棚棚，下部一排架棚与端头油压支架不大于0.5m，在中段挖出一列架棚，在上边为一列架棚，在离巷中线1.2m处设置，并按顶板的位置增加支护密度。

(4)切顶线特殊支护

两顺槽切顶线采取一梁两柱，先支后回护的方法，对其进行合理切割。单根立柱的规格为DW3.15/250-100X型。在支撑过程中，应将钢柱与顶板接实并接平，如有需要，可用后板、半圆木、旧道板等作支撑。在体液压支柱支撑下，若钻孔深度超过100mm，则应使用塑钢橡胶鞋套。

(5)两顺槽隅角顶板管理

工作面上、下隅角一般采用手工回填，如有需要，可采取机械回填。每一个工作班次都需要安排专门的工作人员进行行顶、帮的超前脱锚的工序，提早脱锚超过2排（1.6m），而锚索超过2排。

上下隅角处的悬吊面积不得大于10m2，当两顺槽采空区发生顶板塌陷不足或5m以上时，必须采用防风墙。当出口脱锚时，需要对可以拆除的锚杆进行及时拆除，确实难以拆除的，需要进行破坏性切割，避免加快顶部的坍塌。

(6)支护监测

为确保工作面的有效支撑，在采场区设置了矿井压力监控系统。其装置形式如下：①每10个机台上设置1套KJ90-F16（D）型矿压数字自动化取样装置；②在支架的控制阀上加装GPD60型气压表，监测支架阻力、顶板变化、支架几何参数等；③采用GL1W300W无线移动式围岩仪和GMY400矿用索）压力传感器，在两条顺沟间间隔50m处设置一套GL1W300W监测巷道的矿压显示状况。

3.综采工作面支架倾倒的主要原因及支架倾倒事故处理对策

(1)综采工作面支架倾倒的原因分析

1201综放工作面内，支架倒架的成因是多方面的，而且往往是相互耦合的。支架的倒塌有如下原因：

①采高与倾斜角的制约。1201工作面因开采高度与煤体倾斜度较大，支撑体的稳定性较低，造成了支撑力的合力作用与其自身的中心位置产生了扭矩，从而使支架容易发生倾斜。但即便是小倾斜角，如果液压支架基座没有正确地设置，顶部底面平整程度较差也会造成支架的倒塌。

②由顶板的情况决定。在顶板状况较差的情况下，在回采期间，部分工作面会发生冒顶，这时，即使支撑柱的最大行程也无法与顶板连接，也会造成支架倾斜的事故。尤其是当工作面倾斜角度大于16°时，随着倾斜角度的增加，工作面上的顶板冒落次数也随之增加。在移动机架时，机架的倾角也会更大，造成倾斜的概率增加。

③受到地基松软的制约。在开采过程中，由于开采底板较软，浮矸过多，容易使支座下陷，使支座受力不均匀，从而影响支座的稳定，并容易出现倒架情况。

④支架的使用方法也是导致其发生倾斜的重要因素。在工作面倾角超过16°的情况下，无法保证液压支撑装置的性能，一旦出现操作失误，可能出现大规模的连锁效应，并导致严重的倒架事故。

(2)综采工作面液压支架倾倒处理方法与对策

①利用单体支柱稳固。如果工作台的液力支撑装置发生微小倾斜，在移动的时候，可以将支撑杆扶正。在移架之前，采用单立柱支撑的顶梁，在移架过程中，通过单个单元进行调整。②合理使用水力起重装置对液压支架进行调整。在工作台液压支架发生较大倾角的情况下，采用水力千斤顶进行适当的调节和校正。在液力支撑的上面，还可以使用一个起重装置来调节吊杆的平衡。当前大部分油管支架都设有防翻机构，应该对其进行适当应用，最大限度地防止倒架事故的发生。

总之，如果出现倒架情况，一定要立即进行处置，避免引起连锁效应，造成大面积的倒架跌落。

4.综采工作面发生压架的主要原因及事故处理对策

（1）综采工作面发生压架的主要原因是液压支架的活柱被压到没有冲程，从而使其不能继续向下移动。

通过对1201采区压架出现的问题进行剖析，发现产生压架的主要因素有：一是采区煤体顶部较硬，不容易塌陷，容易使顶板露出，支承力量不够，随之工作面顶板压架。二是由于采煤器在采煤过程中没有对采高进行有效管理，导致采高超过支架的最大支撑，导致支座无法与实际顶板对接，使采场顶板冒落现象难以控制。由于底板浮煤、浮矸过多，支架无法对顶板进行有效支承，导致顶板的离层崩塌，巨大的冲击力将支架压碎。三是由于采场煤体不同，以及不同的地质条件，在支座作业和应用中，支撑杆的伸缩能力达不到要求，顶板一次压力就会导致支座被压。

根据以上原因，较早地采取必要防治措施具有实践的必要性，如强制放顶，加强支架立柱维护，严格控制采出等。如遇到顶板出现部分突起，应采取围护措施，清除浮煤和浮矸，并采取人为措施，以改进支护结构的外在环境，避免出现压架意外。

（2）综采工作面压架事故处理方法及对策。①增加支持压力。在1201采场顶板破裂区内，采用一张铁丝网制造的假顶，然后由一条或多条单杆支承于受压的油管顶梁下，将液体输送到被压碎的油管柱上。增加支承压力，反复抬起支柱，逐步放松顶板，从而使承压支柱得到少许冲程，然后将单个支撑件收回，就可以将支撑件向前移动。采用这种方式，尽管其作用是显著的，但若在支撑的上部横杆下面，则必须竖向支撑，然后在支柱和顶梁之间增加支撑装置，避免支柱的滑移造成人员伤亡。

②挑顶法。在采场顶板条件许可时，可采用爆破挑顶的方式对压架进行处理。在爆破过程中，应分批进行，每一次装药量都不能太大，以免造成顶板松动，此时，将柱子抬起，进行拉架。施工过程中，严禁不打孔，直接将炸药、雷管置于顶板与顶板之间进行爆破崩顶，必须严格遵守《煤矿安全规程》中有关采掘工作的相关规定。

③挖底法。当工作面顶板状况较差时，可以采取挖底的方式来处理压架。在基座前底板上打浅孔，采用少量炸药进行爆破。爆破后将坍塌的碎石取出，让基座降低，等立柱恢复一定的行程后，才能移动支架。

5.综采工作面液压支架上窜下滑的主要原因及事故处理对策

（1）综采工作面液压支架上窜下滑的主要原因。当液压支柱在综采工作面上的工作时间超过一定区间，将会出现明显的上窜下滑现象，即使工作面的倾角较小，并采取一定的措施进行加固，仍然难以有效抑制煤炭输送设备及支架极易出现上窜、滑脱现象。根据现场实际情况和现场观察，对设备滑动的主要原因进行了分析：在固有重力作用下，倾斜工作面上的设备长时间运行易出现下滑趋势。同时，在移动台推进式输送机的时候，也会引起设备的向下移动。在低倾角情况下，尽管滑动不明显，但因传送带的微小位移而引起的托架运动和托架发生了偏移和倾侧。而偏转的时候，就会给传送设备带来一种推动力。这样会增加运输设备的上升和下降。因此，在生产中，运输设备和液压支架的上升和下降，都是随着时间的推移而增加的。

（2）综采工作面液压支架上窜下滑预防措施。①合理使用紧固设备。在运输装置长时间上升和下降工作过程中，会造成液压支架的位置变动。由于运输装置的上升和下降，会导致液压支架的运动。在输送机的前端和尾部，一般都装有一个固定机构，以保证运输设备的两个末端是牢固的。在制造时，应对其进行适当的巧妙运用，以减少无顶的发生，有效防止输送机、支架上窜和滑动。②正确调节工作表面。因1201综放工作面发生了16°～18°的倾角，导致井架的滑动，针对这种情况，采取的主要措施是调整工作面。也就是说，适当地调节工作面为假倾角，可以有效的消除支架滑动造成的影响。

6.结语

首先对1201综采工作面的软岩构造情况进行了详细分析，并全面考虑到设备的因素，生产环境的影响，以及综采工作面的地质情况等多方面的影响，对1201综放工作面出现的倒架、压架、下滑等问题进行了研究，并根据煤层地质情况及邻近采区的矿井压力监测数据，进行了支护的设计与计算，并针对开采过特别区域采取了综合防治对策，为保障煤矿井下开采作业的安全，提升了井下开采作业的安全性。