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第 1 5卷 第 2期 总第 9 3期 2 0 1 0年 4月 煤 矿 开 采 Co a l mi n i ng Te c hn o l o g y V o 1 ． 1 5 N o ． 2 S e r i e s N o ． 9 3 Apr i l 2 01 0 ．五 沟煤矿 Z Y 7 6 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0液压 支架掩护梁损坏 原 因分析 章元 皖北煤 电集团公司，安徽 宿州 2 3 4 0 1 1 [ 摘要] 五沟煤矿 1 0 1 7工作面采用长壁大采高综合机械化开采，所使用的Z Y 7 6 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型 掩护式大采高支架在工作面基本顶初次来压期间掩护梁出现了严重损坏，通过对支架支护强度、初撑 力、掩护梁的受力和强度，以及使用条件进行了详细的分析，从而在支架的设计、加工、使用等方面 找出了事故的原因并提出了具体的应对措施。 [ 关键词] 液压支架；掩护梁；损坏；措施 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 4 5 2 2 5 2 0 1 0 0 2 - 0 0 6 6 - 0 2 An a l y s i s o f S h i e l d Be a m F a i l u r e o f ZY7 6 O O ／ 2 4 ／ 5 0 P o we r e d S u p p o r t i n W u g o u Co l l i e r y 皖北煤电五沟煤矿处于淮北煤 田童亭背斜的西 翼 中段 ，总体构造形态为一轴向由中北部的南北 向 渐变为南部的北西向的向斜 ，其问发育有次一级的 向背斜。向斜两翼地层西侧稍陡，东侧稍缓。地层 倾角一般在 l 01 5 。 ，仅局 部达 到 4 O 。 。受北东 向 断层影 响，井 田被切割 成多个 宽窄不 等 的条 块。 1 0 1 7工作面所在采区煤层厚度变化较大 ，介于 2 ． 6 6 ． 9 m，平均厚度 4 ． 3 m，工作面长度 1 8 0 m，直接 顶厚度 8 m，基本顶为 7～ 8 m的粉砂岩 、细砂岩 。 该工作面采用长壁综合机械化大采高采煤法开采 ， 选用 Z Y 7 6 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型大采高掩护式液压支架。 在工作面推进到 3 2 m处时 ，部分支架安全 阀 开启 ，工作面基本顶开始垮落，初次来压明显。矿 压监 测显 示 ，该 处 支架 安 全 阀最 大开 启压 力 为 3 8 MP a ，平均压力 3 3 MP a 。随后有 1 5架支架出现 不同情况的损坏，掩护梁出现裂纹 ，裂纹宽度最大 达到 1 0 0 ra m，侧推千斤顶和一个平衡 千斤顶 明显 折弯 见图 1 。 图 1 支架掩 护梁裂纹 1 原 因分析 1 焊接缺 陷 裂纹处 焊缝 为横 向角焊缝 ， 且焊缝存在夹渣气孔等焊接缺陷，降低了掩护梁的 强度。焊缝的开焊直接破坏 了掩护梁箱式结构 ，从 而导致掩护梁侧板撕裂。 2 强度低 在初次来压 时，立 柱安全阀开 启率很低 ，掩护梁出现批量破坏的情况，说 明掩护 梁的接弯及抗扭强度低 ，满足不 了使用要求 。 3 支架支护强度分析 两柱掩护式支架 由 于支架使用高度降低后 ，立柱的倾角增加，会导致 支架的实际支护强度降低， 不同支架使用高度的支 护强度见图2 。 09 6 094 I 9 4 n9 0 08 8 086 0 ．8 4 n 8 2 5 ．0 4 ．8 4 ．6 4 ．4 4 2 4 0 3 ．8 3 6 3 4 3 -2 3 ．0 Z 8 2 _6 支架高度肺 图2支架支护强度变化 曲线 由支护强度变化 曲线可 以看出，支架在 3 ． 5 m 时的支护强度 比 4 ． 8 m时降低约 1 0 ％。尽管如此 ， 在工作面初次来压时支架的安全阀开启率很低 ，可 见支架设计支护强度满足工作面地质条件要求，因 此 ，支护强度低不是导致支架损坏的原因。 4 支架扭矩分析 从 支架掩护梁的破坏形 [ 收稿日 期]2 0 0 9 一l l O 3 [ 作者简介]章元 1 9 6 6 一 ，男，安徽巢湖人 ，工程师，现在安徽皖北煤电股份有限公司生产技术部从事采掘机械化技术管理工作。 B d 苫憾暇 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 章 元五沟煤矿 Z Y 7 6 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0液压支架掩 护梁 损坏 原 因分析 2 0 1 0年第 2期 式看 ，主 要 为 承 受 扭 矩 时 发 生 破 坏。 图 3为 Z Y 7 6 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型掩护式液压 支架在不 同支撑 高度 时 ，在顶梁偏载工况下顶梁和掩护梁的扭矩图。由 图可以看 出，支架高度在 5 ． 0～3 ． 0 r n范 围内变化 时 ，顶梁 的扭矩变化不大 ，而掩护梁的扭矩却增加 了6 8 ％ 。可见 ，支架在支撑高度达到 3 ． 0 m时，工 况 比较恶劣 ，是掩护梁发生破坏的原因之一。 图 3 顶梁 、掩护梁在 顶梁偏载 时的扭矩 曲线 5 支架初撑 力分析 支架初撑力 是保证工 作面顶板稳定和控 制顶板下沉量 的关键 因素之一 。 足够的初撑力不但能维护顶板的完整性 ，而且能控 制顶板 的下 沉速 度。从 图 4可 以看 出，Z Y 7 6 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型液压支架在 3 ． 5 m左 右的高度时 的初撑力 较 4 ． 5 m高度时初撑力低 5 ％左 右。初撑力 的降低 导致顶板下沉速度增加 ，从而使工作面工况更加恶 劣 ，来压加剧。 图 4 支架初撑 力变化 曲线 6 工作面过断层 工作 面初 次来压 时 ，距 离采面前方 3 0 m左右 ，有倾角 6 5 。 ，H 4 ． 2 m的断 层 ，完全横贯工作面。断层 的存在 ，工作面基本顶 的断裂长度增加 ，并且回转形态发生变化 ，从 而造 成工作面压力增加。 2应对 措 施 基于上述原因 ，并根据 Z Y 7 6 0 0 ／ 2 4 ／ 5 0型掩护 式支架的具体损坏情况 ，在保证工作面正常生产的 前提下 ，提 出如下应对措施 1 焊接加 固。首先对 损坏严重 的 5架支架 进行补焊 ，保证 支架功 能 的实现 和工作 面正常 回 采 ；其次 ，对剩余损坏支架利用工作 面检修时间进 行加 固处理 。 2 凡是损坏 的支架 掩护梁用单体 液压支柱 加以辅助支护 ，并采用远距离操作。 3 过 断层 时 ，支架 工作状态更加 恶劣。有 关部 门在生产过程中详细制定 了工作面过断层安全 技术措施 ，并严格执行。 4 支架高度 的降低 ，会 造成掩护 梁扭矩 的 增加 ，受力状态的恶劣 ，因此 ，在条件允许的情况 下 ， 尽量保证支架工作 高度控制在 4 ． 0～ 4 ． 5 m 的范 围内， 以减小支架掩护梁的扭矩 。 [ 责任编辑 张银亮] 上接 5 3页 6结论 1 实测表 明，L 3 5 l 5机巷在掘进期间 、掘后 稳定期间和受上覆煤层开采影响期间的围岩变形具 有类似规律 巷道顶底板间的相对移近量远大于两 帮的相对移近量 ，且顶底板变形主要 以底鼓为主， 顶板下沉明显很小 。且在上覆工作面推过后 ，巷道 围岩即趋于稳定 ，变形基本不再增长。 2 在整个 观测过程 中，巷 道顶板 的离层 主 要以锚固区内变形为主，量值 约在 1 0 m m 以内，锚 固区内和锚 固区外之间一般无离层。 3 随着巷道位移发 生变化 ，锚杆受力逐 步 增大， 但其受力均在锚杆破断强度之内。 4 实践表 明 ，该条 件下机巷 的支护可采 用 “ 强顶弱帮”支护思路 ，且所提出的方案可 以保证 巷道的围岩稳定 。 [ 责任编辑王 兴库] ≯ ≯ ≯ p ≯ 、 上接 9 6页 [ 参考 文献] [ 1 ] 章梦涛 ．冲击地压 和 突出 的统一 失稳 理论 [ J ]．煤 炭学 报 ， 1 9 9 1 ，1 6 4 2 53 1 ． [ 2 ]L i p p ma n n t ／ ．关 于煤 矿 中 “ 突 出” 的理 论 [ J ]．力 学进 展 ， 1 9 9 0 ，2 4 4 4 5 2～4 6 6 ． [ 3 ]姜福兴 ，王 同旭 ，潘立友 ，等 ．矿 I上 J 压 力 与岩层控 制 [ M]． 北京 煤炭工业 出版社 ，2 0 0 4 ． [ 4 ]齐庆新 ，史元 伟 ，刘 天泉 ．冲击 地 压 粘 滑失 稳 理 论 的研 究 [ J ]．煤炭学报 ，1 9 9 7，2 2 2 1 4 41 4 8 ． [ 5 ]潘一 山，李 忠华 ，章梦涛 ．我 国冲击 地压分 布 、类型 、机理 及 防治研究 [ J ]．岩石力学与工程学报 ，2 0 0 3，2 2 1 1 ． [ 6 ] 蒋金泉 ，毛仲玉 ，潘立友 ．长壁工作 面 冲击 地压发 生 区域性 与时间性 [ J ]．岩石力学与工程学报 ，1 9 9 8 专 ． [ 7]潘一 山 ，杜广林 ，张永 利 ，等 ．冲击 地压研 究 中的几个 哲学 问题[ J ]．中国岩土 ，2 0 0 0 1 6 0 6 4 ． [ 8 ]姜福 兴 ，杨 淑华 ，X U N L u o ．微地震监测 揭示的采 场围岩空间 破裂形态 [ J ]．煤炭学报 ，2 0 0 3，2 8 4 3 5 6 3 6 0 ． [ 9 ]谭 云亮 ，李 芳成 ，周辉 ，等 ．冲击 地压声 发射 前兆模 式初 步研究 [ J ]．岩石力学与工程学报 ，2 0 0 0，1 9 4． [ 1 O ] 窦林名 ，何学秋 ．冲击 矿匝 防治理 论 与技 术 [ M]．徐州 中国矿、 l 大学出版社 ．2 0 0 1 ． 『 责任 编辑 王兴库 ] 67 蚕 瓣藉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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