大倾角综放工作面液压支架防倒防滑技术.pdf

第2 5 卷第 l 2 期 2 0 0 6年 1 2月 煤炭技术 C o a l T e c h n o l o Vo 1 ． 2 5． No ． 1 2 De c ． 2 0 0 6 大倾角综放工作面液压支架防倒防滑技术 张进安 甘肃省煤炭工业技工学校，甘肃 白银 7 3 0 9 1 9 摘要 通过对大倾角综放工作面液压支架进行受力分析， 揭示 lr支架在大倾角工作面上的受力特征和稳定性状 况， 研究了大倾角综放工作面液压支架防倒防滑装置 ， 以及提高支架稳定性和支护 可 靠性的措施 ， 拓宽了综放支架 的适用范围。 关键词 液压支架；防倒防滑；技术 中圈分类号 T D 3 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 6 1 2～ 0 0 7 8 0 3 Hy a r a u l i s S u p p o r t An t i s k i d Te c hn i q u e o f a t Bi g Ti l t i n g Fa c e De f e n d t o Po u r Z HANG J i na n G a n s u C o a l I n d u s t r y Me c h a n i c C o l l e g e ， B a i y i n 7 3 0 9 1 9 ， C h i n a 0 前言 大倾角特厚 层综放工作面， 由于特殊的地质 条件， 支架在工作面受到上覆岩层的重力作用， 重力 沿法向及切向的分量随倾角的变化而变化。倾角增 大， 支架所受的切向分力增大， 法向分力减小， 从而 使工作面支护系统所受的有效载荷变小 ， 而引起支 护系统失稳的外载荷增大， 工作而支架下滑、 倾倒及 架间挤、 咬现象加剧； 同时煤层倾角增大， 工作面支 架载荷变化也很大。随着倾角的增大， 煤层顶 、 底板 移近量逐渐变小 ， 上覆岩层熏力沿层面法向力减小 ， 向下的下滑力增大， 从而加大了支架侧向载荷。为 此 ， 要在液压支架上设计可靠的防倒滑装置 ， 实现大 倾角工作面液压支架动静态防倒防滑功能。 l 大倾角综放工作面支架受力分析 如图 1 a 所示 在大倾角综放工作面， 液压支 架在顶板压力 P、 支架 自 重 、可能的邻架挤靠力 ～ 鱼 点羹 套 套囊奠 ● 寞寞 ．套 ． ， ． 奠 ● 囊 鱼奠 _ ．， 一 囊 寞， ．奠 寞鼻 ， 斯爆炸事故， 死亡矿工 2 O 人。 其危险性的物质因素 也是瓦斯， 由于当班瓦检员没有检查停工地点五路 9 层平巷瓦斯擅 自开动局扇“ 风吹” 致使进入采煤 工作面瓦斯浓度达到爆炸界限； 其人为因素是平巷 拉放车打点人员利用信号线明火产生 电火花引爆瓦 斯。再如 2 0 0 3年 1 1 月 2 1日发生在湖南省娄底市 资江煤矿3 3 3 6回采工作面的特大瓦斯涌出事故， 死 亡矿工 l 8 人； 事故的危险性物质因素也是瓦斯； 事 故的人为诱发因素主要是该矿管理决策与技术方面 的原因， 即第三类危险源， 管理与组织失误_ 5 J 。该矿 没有开采上部的保护层， 致使下部的严重突出煤层 瓦斯无法释放大量涌入该工作面。以上 3 例中， 事 故的危险性物质均是瓦斯。但前 二 例的人为诱发因 素是直接的、 显性的， 第三例的人为诱发因素是间接 的、 隐性的。 3 ． 矿 山人 因事故的分类 为便于矿山人因事故责任的划分， 以及事故的 当事人与同行人员能吸取经验教训， 预防同类事故 的重演， 依据事故致因理论及现场多年的事故分析 经验 ， 将矿山人因事故分为两类 第 1 类是由人的不安全行为直接造成的人因事 故， 指作业者的直接违章行为而造成的人因事故。 是一种直接的、 显性的人为诱发或激发因素而引起 的人因事故。 第Ⅱ类是由管理决策过程失误、 技术缺陷等， 即 第三类危险源， 组织与管理失误而造成的人因事故， 是一种间接的、 隐性的人为诱发或激发而引起的人 因事故。 4 结语 矿山人因事故的发生主要取决于两个因素， 即 危险性的物质隐患因素与人为诱发因素， 人的诱发 或激发因素是人因事故发生的导火索， 危险性物质 的存在是人因事故发生的必要条件。现将人因事故 分为两类， 开展人因事故分类细化研究， 有利于分析 事故原因和事故预防， 有利于对事故现象的科学认 识， 有利于煤矿安全生产水平的提高。 收稿 日期 2 0 0 6 0 60 8 1 修订日期 2 0 0 6 0 92 0 作者简介 张进安 1 9 6 6一 ， 男， 河南盂州人， 工程硕士， 高级工程师， 现任甘肃省煤炭工业技工学校校长。 维普资讯 第 1 2 期 张进安 大倾角综放工作面液压支架防倒防滑技术 7 9 包括附加稳定装置提供的支撑力 P 上、 P 下、 初撑力 『 、 底板反力 冗作用下处于平衡状态。 图 1 支 架在工作面 受力分析 在力矩平衡时， 顶板反力作用点在 O点处 如 图 1 b 。则有如下关系式 P} 一P hP s i n a hW bPc o s a B ／ 2 1 bB I 2 C O S O 一c s i n a 2 式中 顶板压力 与法线方 向夹角； 底座宽度 ； c 支架重心高度。 ． 从式 2 可以看出， 支架自稳力臂 6随支架重 心高度增 大而减小 ， 随支架底 座宽度增大而增 大。 因此支架底座越宽、 支架重心越低 、 支架支撑高度越 低， 支架的自重稳定力矩越大， 则支架适应的倾角与 来压强度将越大。在大倾角煤层 ， 顶板不是沿法线 方向移动， 而是沿一条逐渐接近重力方向的曲线移 动， 顶板愈不稳定， 其移动曲线离法线愈远。因此， 顶板埘支架产生的压力也不完全是沿重力方 向的， 而是沿一条逐渐接 近重力方 向的曲线移动 ， 对于极 软煤岩， 在大幅度下沉后期， 甚至有沿煤层倾向移动 加大的趋势。因此使得大倾角煤层液压支架倾倒的 风险性与复杂性加大。顶板位移规律对不同倾角支 架稳定性影响如图 2 所示 k ． 为支架抗倾覆安全系 图 2 顶板位移规律对不同倾角支架稳定性影响 数 ， 为顶板 下沉方向与煤层法线方向的夹角 。对 于大倾角 作面 ， 若顶板沿重力方 向移动时与煤层 法向最人夹角为 5 0 。 ， 此时 k ． 仪有 0 ． 3 5左右 。支架 自 身无法满足稳定性要求， 必须研制支架可靠的稳 定装 置 。 2 支架防倒、 防滑装置设计 针对 。 j - 述分析 ， 在大倾角工面支架上创新设计 了可靠的防倒、 防滑装置， 实现支架动、 静态防倒防 滑。如图 3 所示 1 在顶梁和掩护梁两侧 面设多组缸径为 6 1 o o n ll n 下斤顶 3 和导向杆， 每两个千斤顶为一组， 设计 在同一轴线套筒 2内， 分别控制两侧护板 1 。 2 侧护板导 向杆 ， 每两个为一组 ， 设计在同一 轴线套筒内， 内置弹簧 ， 分别连接两侧护板。 3 防滑底调装置由置于支架底座内的蹦个千 斤顶 5 、 导向杆 6和一个防滑梁 4 组成。防滑梁的形 状和尺寸根据支架 底座 的结构及尺寸确定 ， 没计成 梯形长框结构， 位于支架底座侧面。由防滑梁将两 个千斤顶和导向杆连成一体。 b 1 b 图 3 防倒、 防滑装置示意图 1 ． 护板2 ． 套筒3 ， 5 ． 千斤顶4 ． 防滑梁6 ． 导 板 3 防倒、 防滑装置工作原理 其核心是采用双侧双活侧护板带防倒、 防滑底 调装置。底调装置设在支架底座的侧面， 抵顶在邻 架底座外侧， 与侧护板配合使用， 形成一种新型的上 下结合的调架、 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 M P a 一3 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 6 1 o o m i ll 侧护板千斤顶， 底座使用两个 6 1 o o㈣ 千斤顶推力达 2 4 7 k N ， 在大倾角T作面， 单 个支架需要额外的抗滑力为 F1 4 0 X G s i n aG C O S Q ／ ’ 3 式中 G 支架重量 1 4 t ； 维普资讯 8 0 煤炭技术 第 2 5 卷 倾角 5 0 。 ； 产_ _ 支架底座与底板磨擦系数 0 ． 3 5 。 贝 4 F1 4 0s i n 4 9 。 一1 4 0c 0 s 4 9 。 0 ． 3 57 3 ． 5 2 k N 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 2 4 7 4 9 4 k N ， 大致能承受 6 副 支架同时滑动。其工作原理如下 1 支架的静态稳定 支架在 赶 倾角工作面处于 支护状态时， 随着顶 、 底板的滑移和倾斜向下分力的 作用， 支架之问的架问距发生变化， 支架重心易偏 移， 为此支架支护时必须保持上、 下的力矩平衡。该 设计装置在支架上部， 由于顶梁和掩护梁侧护板为 双向双活结构， 则可根据架间距大小， 调节侧护板伸 出量， 使其可靠地贴靠在邻架上， 通过侧护板的侧推 力， 达到支架上部力矩平衡； 当底调防滑梁伸出并顶 靠在下邻架底座的侧面时， 使支架底座保持力矩平 衡。这样每一支架都以邻架为支撑点， 保持合理的 问距， 共同支护着顶板， 达到一种静态的稳定工况。 2 支架的动态稳定 工作面向前推进的过程 中， 由于工作面倾角大， 支架降架前移时， 支架会因 失去支撑点而偏斜或倾倒。该装置中， 侧护板高度 设计为4 0 0 m i l l ， 降架前移时支架顶梁仍有足够的重 合量； 同时在移架时， 被移支架的侧护板和防滑梁顶 靠着下侧支架滑动前移。为减小上侧支架挤压造成 的摩擦阻力增大， 推移千斤顶向前推移支架的同时， 被移支架的上侧护板的千斤顶和上侧支架的防滑梁 千斤顶通过液压系统 自动控制其液压锁打开， 使之 处于游动状态， 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， 从而使支架在移动中保持 力矩稳定的效果。 3 支架的调节 该套装置可对支架在工作面的 受力状态进行可靠调节。当支架因受力不均出现底 座下滑时， 通过被调支架底座防滑梁伸出， 抵顶在下 邻架上， 而上侧支架的底座防滑梁液压锁自动打开， 使上侧支架的底座防滑梁处于游动状态， 被调支架 通过下邻支架底座施加的反作用力， 实现支架底座 上调； 当支架出现倾斜时， 通过被调支架下侧侧护板 的伸出， 抵顶在下邻架上， 而上侧侧护板的液压锁 自 动打开， 使上侧侧护板处于游动状态， 支架通过下邻 支架施加的侧推力， 实现支架顶梁上调。从而使支 架重心向支架的中心移动， 保持重心作用线不偏出 支架底座下侧， 以保持支架稳定。 4 提高支架支护可靠性的措施 防倒防滑装置使支架在倾斜 I 作面的适应性增 强， 为提高支架的支护可靠性， 还应采取以下措施 1 将掩护梁侧护板设计为双侧双活形式， 当放 落的煤流有向下的分力使支架产生侧向摆动， 从而 带动支架扭斜时， 可通过掩护梁与支架底调装置配 合， 可靠地调节支架， 增强支架的抗扭性， 实现支架 的稳定 。 2 由于支架布置在倾斜工作面上， 受到重力载 荷向下的分力， 使支架侧护板所受侧向力增大， 为了 避免支架的侧护板因受力而回缩， 造成倒架， 支架侧 护板千斤顶采用液压锁锁定。同时加大侧护板千斤 顶的缸径到 1 0 0 m i ll ， 以提高侧推力， 便于调架， 使支 架始终处于正常的工作状态。 3 支架侧护板在移架时与立柱下降保持联动， 既防止支架下滑或倾倒， 又保证及时移架。 4 为防止架前漏顶和片帮， 在支架上设计可伸 缩前探梁并铰接护帮板， 可及时将伸缩梁伸出， 挑起 护帮板， 使其紧贴煤壁防止片帮， 也可挑平护帮板防 止架前 冒顶。 5 支架液压 系统采用 2 0 0 L ／ m i n大流量进 、 回 液系统， 主进液管 奶1 ． 5 m i l l ， 主回液管 把8 m i l l ， 管路 阻力小， 支架动作快。实行邻架和本架控制， 提高支 架操作的适应性， 安全性和方便性。 6 合理的提高支架初撑力和工作阻力， 降低底 板 比压 ， 可有效地提高支架的稳定性。 7 保证支撑强度的前提下， 尽量减轻支架重 量 。 采煤工艺方面采取的措施有 1 将工作面布置为伪斜， 下端头超前上端头， 减少工作面实际倾角。 2 采用从下向上的推溜方式。 3 严格控制采高， 加快推进速度。 5 结语 对于大倾角煤层的工作面， 因煤层倾角大于 3 5 。 ， 支架极易下滑、 倾倒， 同时垮落的煤 矸石 会向 下滑滚 ， 对支架的尾部产生向下的冲击力， 使支架斜 摆， 加之大倾角煤层除顶板破坏垮落外， 底板也可能 出现破坏滑移 ， 从 而 引发工作 面支护 系统 失稳 ； 因 此， 只靠单机 架 的防倒 、 防滑性能不能很好解决这 一 问题。还须把相邻的多副支架组合成一个防倒、 防滑组， 把每副支架与刮板机组成另一个防滑组， 把 端尾支架与刮板输送机组成又一个防滑组， 使这些 防滑组形成一个防滑系统， 当单机 架 下滑 倒 时， 防滑组阻止， 当防滑组下滑时， 防滑系统阻止， 这样 就从根本上解决了大倾角综放工作面上设备的防 倒 、 防滑问题。 维普资讯