急倾斜煤层综放开采液压支架稳定的工艺措施及应用.pdf

总第 1 3 9期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 52 7 9 8 ． 2 0 1 1 ． 0 4． 0 0 6 急倾斜煤层 综放 开采液压支 架稳定 的 工 艺 措 施 及 应 用 郑 维 强 靖远煤业集 团公 司， 甘肃 白银7 3 0 9 1 3 摘要 由于急倾斜工作面倾角平均达4 5 。 ， 最大达 5 0 。 左右， 使工作面回采工艺复杂化， 移架、 推溜、 放煤工 序都受到限制和影响 ， 这些 采煤 工艺 和装 备 的不适应性 又反过来 影 响支 护的稳定 。液压 支架是 急倾斜煤 层综合机械化放顶煤开采的核心设备 ， 其 稳定 与否直接关 系到综 放工作 面生产 的成 败。通过分 析急倾斜 工作面支架在动 、 静态支护 时影 响支架稳定 的因素 ， 在生产工艺上提 出了有 效的支架 防倒 、 防滑措施 ， 在实 际应用中收到了很好的效果 。 关键词 急倾 斜煤 层； 综放开采 ； 液压 支架 ； 稳定 性 中图分类号 T D 8 3 3 ． 2 1 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 1 0 4 0 0 1 7 0 3 S t e e p S e a m M i n i ng Hy dr a u l i c S u p p o r t S t a b i l i t y a n d App l i c a t i o n o f Te c hn o l o g i c a l M e a s u r e s ZHENG W e i - q i a n g J i n g y u a n C o a l I n d t r y G r o u p C o m p a n y ， b a i y i n 7 3 0 9 1 3 ， C h i n a Ab s t r a c t S i n c e a n a v e r a g e o f I n c l i n e d f a c e a n g l e 4 5。， t h e ma x i mu m o f 5 0 0 o r S O，S O mi n i n g f a c e c o mp l i c a t e d p r o c e s s ，mo v i n g f r a me ， s l i de p us h，c a v i n g pr o c es s e s a r e l i mi t e d a nd t he e f f e c t s o f t h e s e n o nc o a l mi ni n g t e c h no l o g y a n d e qu i pme n t ，a da p t a t i o n a n d i n t u r n a f - f e e t t h e s t a bi l i t y o f s u pp o ．Hy d r a u l i c s up po i s i n c l i n e d s e a m c o r e o f t o p c o a l c a v i n g e q ui p me nt ，i t s s t a bi l i t y i s d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e s uc c e s s o f t he pr o d u c t i o n o f wo r k i n g f a c e ． By a n a l y z i n g t h e s t e e p wo r k i n g f a c e i n t he d yn a mi c a n d s t a t i c s t a b i l i t y o f s u pp o rt b r a c k e t whe n t he i mp ac t o f f a c t o r s i n t h e p r o d uc t i o n p r o c es s o n t h e p r o p o s e d e f f e c t i v e s up p o a n t ido wn，an t is l i p，i n t he pr a c t i c al a p pl i c a - t i on h a s r e c e i v e d v e r y g o o d r e s u l t s ． Ke ywor ds s t e e p s e am； c a v i n g； hy d r a u l i c s up p o r t ； s t a b i l i t y 由于急倾斜工作面特殊 的地质条件 ， 使工作面 回采工艺复杂化 ， 移架 、 推溜 、 放煤工序都受到限制 和影响 ， 特别是对液压支架 的稳定性造成很大影响。 为此靖远煤业集团公 司进行 了探索和实践 ， 对保 持 支架的稳定采取了许多实际的措施 ， 并取得 了很好 的成效。 1 影 响支架稳定性 因素 在急倾斜综放开采工作面， 影响液压支架 的稳 定性因素很多 ， 但主要分为静态和动态两种 。 静态是指支架在工作 面的静态支护状态 ， 动态 是指支架在移动 、 放煤等状态 。 1 ． 1 静 态 时影响 支架稳定 的因素 支架在静态支护状态下 ， 除工作面 自然条件如 工作面倾角大等对支架稳定性影响外主要有 以下几 个 方面 1 支架结构及性能参数。主要指支架的整体 架型结构 、 高度 、 支架底座面积 、 支架重量 、 支架重心 位置以及支架的工作阻力。 支架的支撑高度越低 ， 底座面积越大， 支架的稳 定性就越好 ； 同时， 支架 自重越大重心越低有利于 自 身的稳定。 2 顶 、 底板及压力变化 。矿压观测表明， 老顶 在初次来压 、 周期来压期 间， 顶煤破碎加剧 ， 架顶煤 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 - 0 9 作者简 介 郑维强 1 9 6 8一 ， 男 ， 四川南部人 ， 硕士 ， 工程 师 ， 从事机 电技术工作 。 1 7 2 0 1 1年4膏 郑维强 急倾斜煤层综放开采液压支架稳定的工艺措施及应用 第加 卷第4期 冒空， 支架常常出现倾 倒及失稳。另外 ， 煤层倾角 4 5 。 以上时， 底板也容易破坏滑移 ， 造成支架失稳 、 倾 倒 。 3 工作面工程质量。开采实践表明， 工作面 支架状态 垂直度、 俯仰角 及采煤机挑顶卧底量 、 采高、 顶底板平整度等质量因素也往往会转化成支 架设备的倾倒和下滑 ， 造成支护系统失稳。 1 ． 2 动态时影响支架稳定的因素 动态情况下影响支架稳定 因素主要指割煤 、 移 架 、 推溜、 放顶煤工艺顺序 ， 移架操作时的降架幅度 、 移架速度、 放顶煤煤量控制 、 采煤机卧底量的控制等 操作工艺对支架稳定性的影响。 其动 、 静态影响因素用树型图表示如图 1 。 度 割 煤＼ ／ ／ 一 ～ 顶 、} 初一 支架结 重 底板 支架俯仰角 除常规的采取调工作面伪斜的开采工艺来控制 支架及其它设备下滑等措施外 ， 为保持支架稳定主 要采取 了以下几项措施。 2 ． 1 工作面及巷道布置 工作面运输平巷沿煤层顶板布置 ， 回风平巷沿 煤层底板破半 岩布置 ， 开切 眼采用“ 倾斜一圆弧过 渡一水平” 的异 面空 间非线性布置方式 ， 如图 2所 示 。 平巷 运 输 平 巷 图 2 开切眼 “ 倾斜一 圆弧过渡一水平 ” 布置 “ 倾斜一圆弧过渡一水平 ” 的布置方式将急倾 斜煤层的下端头支护简化为近水平煤层的下端头支 护， 从根本上改善了支架受力状态， 基本支架与端头 支架由线接触变为面接触， 斜面基本支架对端头支 架的侧向作用力大大减小 ， 从而有效地遏制了以支 1 8 架为主的开采装备在斜 面上的倾倒下滑， 提高 了支 架的稳定性。 2 ． 2支架 防倒防 滑装 置 急倾斜综放工作面 ， 支架架型选取结构紧凑、 稳 定、 抗扭能力强的低位放顶煤支架 ， 为实现支架可靠 的防倒 、 防滑和调架。主要采取 了以下防倒 防滑措 施 1 支架选取双侧双活侧护结构。加大侧护板 宽度到 4 0 0 mm， 伸缩行程分别为 1 5 0 m m。 2 在 支 架 底 座 单 侧 使 用 长 宽 x高 “ 7 0 0 m m1 5 0 m m X 1 0 0 m m 的梯形防滑梁 ， 伸缩行 程为 1 5 0 m m。 底调装置设在支架底座的侧面， 顶支在邻架上。 使用时与侧护板配合 ， 形成一种新 型的调架、 防倒 、 防滑导向装置。现场观测表明， 侧护板在工作面最 大受力处一般 在 2 5～3 0 M P a ， 其余 地段为 2 0 M P a 以下 ， 此装置在支架顶梁每侧使用两个 D 1 0 0 m m侧 护板千斤顶 ， 底座使用两个 D1 0 0 m m调底千斤顶 ， 每个千斤顶推力达 2 4 7 k N， 拉力达 1 2 6 k N， 在急倾 斜工作面 ， 单个支架需要额外的抗滑力为 FG‘ s i n aG。 C O S O 。 f 式中 G为支架重量 1 4 t ； 为倾角 4 9 。 为 支架底座与底板磨擦系数 0 ． 3 5 。 则 F 1 4 0 X s i n 4 9 。 一1 4 0 x c o s 4 9 。 x 0 ． 3 5 7 3． 51 kN。 说明支架 的下 滑主要在卸载降架和移架 的时 候 。侧推千斤顶 2 x 2 4 7 k N 4 9 4 k N， 大致能承受 6 付支架同时滑动。本套装置与急倾斜工作面特殊的 设计 圆弧过渡 配合能够实现支架静态 、 动态稳定 和可靠调节支架。 3 回采工艺措施 。① 由下向上的顺序跟机移 架。移架操作时采取 由下向上 的顺序跟机移架 ， 上 架的移设 以已移好 的下架底调梁为导向， 避免移设 过程中支架的下滑 ； 移架时护 帮板收 回前探梁处于 活动状态， 但不缩 回， 前探梁抵住煤壁边移边 自动缩 回， 使端面顶煤处于维护状态 ， 减少架顶煤漏空 ， 支 架承载减小而向下倾斜 ； 支架移设要一次到位 ， 避免 反复支撑使顶煤破碎 ， 移架时降架幅度 以支架能移 动为宜， 擦顶带压前移 ， 防止架顶煤体垮落漏顶， 支 架移到位升起后再进行一次补压 ， 以免接顶不实而 漏顶 。同时由于工作面支架 降架前移时， 会 因为失 去支撑点而偏斜或倾倒 。因此 ， 降架前移时被移支 架的侧护板和防滑梁顶靠着下侧支架滑动前移 ， 减 小上侧支架挤压造成 的摩擦阻力， 推移 千斤顶向前 推移支架的同时 ， 被移支架的上侧护板 千斤顶和上 侧支架的防滑梁千斤顶通过液压系统 自动控制其液 郑维强 急倾斜煤层综放开采液压支架稳定的工艺措施及应用 It 2 0卷第4期 压锁打开 ， 使之处于活动状态 ， 从而降低 了支架挤压 所产生的摩擦阻力 ， 实现支架顺利前移 ， 使支架在移 动中保持力矩平衡达到动态稳定的效果 。②严格控 制好割帮移架工序质量。根据现场 回采情况 ， 卧底 量掌握不好 ， 工作面坡度不一致 ， 导致变坡点处支架 倾倒 ， 因此 ， 要严格要求割帮工序质量 ， 保证支架移 设后顶梁略带仰角 ， 使后立柱承载 ， 绝对避免煤壁侧 留台阶使支架顶梁呈俯角状态 。③采取由下向上推 溜。由于工作面倾角大 ， 设备易下滑， 采取 由下向上 推溜工艺 ， 可有效抑制输送机下滑带动支架扭斜失 稳。④采取 由上向下间隔多轮放煤措施。支架在放 煤时 ， 散煤体沿支架尾梁形成的锥形滑动面下滑 ， 对 支架掩护梁产生的作用力 ， 使支架尾梁产生扭动 ， 采 取由下向上放煤时 ， 上部顶板散煤岩体会 对下部支 架形成冲击 ， 随着放煤 支架 的上移 ， 其 冲击力度 越 大， 从而使整个工作面支护系统失稳 ， 因此采取 由上 向下间隔顺序多轮放煤工艺 ， 严格控制放煤量 ， 避免 过量放煤架顶放空造成支护系统失稳 ， 从 支架稳定 性方面考虑 ， 放顶煤宜 由上向下多轮顺序进行。⑤ 加强矿压监测预报。从急倾斜工作面矿压观测记录 看 ， 初次来压及每一次周期来压前， 超前应力变化造 成顶煤破碎架前 冒空甚至煤帮侧切顶 常常诱 发倒 架。要加强矿压监测预报工作 ， 来压前后要严格控 制放煤量或不放 顶煤 ， 防止支架空顶而倾 倒。⑥严 格控制底板破坏滑移。工作面底板破坏滑移易造成 支护系统失稳。可采取 打底锚杆控制 ， 防止底板破 坏滑移 。软岩夹矸处可在支架底座下垫木板梁然后 移架， 防止支架底座下陷失稳。⑦过断层及地质构 造软煤带时可在煤帮侧打注竹片锚杆护 帮， 防止煤 壁片帮抽顶造成支架倾倒 。片帮严重地段可超前移 架护顶 ， 以防止片帮抽顶范围扩大。 ● ●_． ‘ _ l●’ ．．． ● ．． ．． ’●‘ ，．． ● ． -． ●●● ．． _ ●‘ -．- ● ．． ．． ● ． 上接第 1 6页 7 6胶带巷围岩进行注浆加 固和锚杆 锚索支护综合加固后 ， 围岩应力发生改变 ， 下帮锚索 受力 为 2 0 4～2 0 6 k N， 顶 板 锚 索受 力 为 1 9 9 ． 8～ 2 0 2 ． 2 k N， 上帮锚索受 力为 2 0 8 ． 8～2 0 9 ． 5 k N。7 6 胶带巷锚索预紧力总体受力平稳 ， 载荷变化不大 ， 基 本处于预紧工作状态 ， 满足支护要求 。 3 ． 4 ． 2 巷道表面位移 l 萎 6 25 6 ． 3 0 7 ． 6 7 ． 1 2 7 ． 1 8 7 2 5 8 ． 4 8 1 0 8 23 8 3 1 9 l 1 9 2 5 观测 日 期 a 1 号测 站表面位移 曲线 1 x 23 h． L 1 2 l ， ． 凸 1 1 瑚 jl 9 ． 1l 9 23 观测 日期 b2 号 测站表面位移 曲线 图 8 7 6胶带巷 围岩表面位移 7 6胶带巷表面位移观测曲线如图 8 。从巷道 围 岩表面位移结果看 ， 7 6胶带巷围岩进行注浆加 固和 锚杆锚索支护综合加 固后 ， 巷道表面位移两帮收敛 最大观测值 均为 6 H i m， 底鼓最大观测值 为 5 ml n 。 [ 责任编辑 魏晋英 ] 分析观测曲线 ， 消除测量误差影响， 巷道围岩加固后 无明显变形 ， 区域围岩稳定 ， 围岩变形得到有效控 制， 加 固效果显著 。 4 结语 通过采用注浆与锚杆锚索强力支护综合加固系 统 ， 注浆使围岩体结构得到改善， 破碎围岩恢复了完 整 I生， 承载能力提高 ， 可锚性增强 ， 能够为锚索提供 足够的锚 固力 。围岩在高应力作用下发生变形的趋 势受到锚索制约 ， 锚索受力显著增加 。而且浆液结 石体起到力的传递作用 ， 锚索对 围岩作用范围扩大。 围岩高应力分布范围明显缩小， 浅部围岩应力得到 了明显提高， 使深部围岩应力向围岩表面转移 ， 加固 后破碎围岩塑性区大幅减少 ， 更有利于避免 围岩在 张力作用下的破坏， 显著提高了围岩抗扰动能力， 实 现了矿井的安全生产。 参考文献 [ 1 ] 康红普 ， 王金华． 煤巷锚杆支护及成套技术[ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 徐永圻． 采矿学 [ M] ． 徐州 中国矿业 大学 出版社， 2 0 06． [ 3 ] 谭云亮． 矿 山压 力与 岩层控制 [ M] ．北京 煤炭工业 出 版 社 ， 2 0 0 8 ． [ 责任编辑 魏晋英] 1 9