大倾角液压支架稳定性研究.pdf

大倾角液压支架稳定性研究 房虎林1,曹连民2,岳永强1 1. 山东天晟煤矿装备有限公司,山东 淄博255129; 2.山东科技大学,山东 青岛266510 摘要对大倾角综放液压支架的稳定性进行了研究,分析了影响液压支架稳定性的因素,提 高液压支架稳定性的措施,液压支架防滑防倒措施和放煤工艺控制措施,给出了使用效果良好的 ZF4200Π16Π26大倾角综放支架实例。 关键词大倾角;液压支架;稳定性;措施 中图分类号 TD355 文献标志码 A 文章编号10032079420081220054202 Study on Stability of Hydraulic Support Used in Big Dip Angle Mining Face FANG Hu- lin1, CAO Lian - min2, YUE Yong - qiang1 1. Shandong Tiansheng Company Limited of Coal Mine Equipment ,Zi’bo 255129 ,China; 2. Shandong University of Science and Technology ,Qingdao 266510 ,China Abstract Mainly studies on the stability of hydraulic support used in large dip angle miningface , analyzes the factors of impacting the hydraulic support stability , the measuresof improving the stabilityof the hydraulic sup2 port , the anti - skid and anti - collapse measures and caving process measures of hydraulic support , gives a example of ZF4200Π16Π26 support that has a good result in large dip angle mining face. Key wordslarge dip angle ; hydraulic support ; stability; measure 0 引言 大倾角煤层主要是指倾角在25～55 的煤层。 当煤层的倾角大于35 时,冒落矸石滑落形成采空区 的下部填满、 上部悬空,从而形成不同于35 以下煤 层的岩层移动规律。大倾角煤层多受较剧烈地质构 造运动形成,煤层顶底板遭受破坏程度大,顶底板岩 石的层理与原生裂隙较发育,较易冒落。大倾角煤 层采面的围岩控制方法的选择及支护设计就应遵循 本身围岩运动规律和特点。在综合机械化高产高效 采煤方法不断发展的今天,工作面设备在开采各个 环节中的作用不断加强。大倾角工作面设备稳定与 否是工作面能否顺利实现开采的关键。 1 影响液压支架稳定性的因素 液压支架的稳定性是影响大倾角综放开采能否成 功的关键。由于放顶煤开采支架上方面对的是松软的 顶煤,导致大倾角综放开采除了单一长壁开采中遇到 的难题外,还在以下几个方面影响支架稳定性 1大倾角综放开采中,顶煤在工作面倾角方 向上各个位置的受力不同导致了顶煤的冒放性不 同,从而要求在工作面不同位置采用不同的放煤工 艺,而且在顶煤放出过程中,支架上方顶煤移动会影 响相邻支架上方顶煤的状态,进而影响相邻支架的 受力状态与稳定性。 2放顶煤支架后部的低位放煤机构在放煤过程 中受到煤流向下的分力,会对支架掩护梁及尾梁施加 侧向力,使支架产生侧向摆动,从而带动支架扭斜。 3工作面向前推进过程中,由于工作面倾角 大,支架降架前移时,会因失去支撑点而偏斜或倾 倒,在大倾角综放过程中,由于支架上方为松软的顶 煤,这一现象会更加明显,对支架的稳定性影响更 大。 2 提高支架稳定性的措施 大倾角综放液压支架稳定性控制包括单个支架 和相邻支架组的稳定性控制2个方面。其目的在于 尽量降低不利因素的影响,有效提高支护系统的稳 定性。 1合理地提高初撑力和工作阻力 合理地提高初撑力和工作阻力可有效地提高支 架工作状态的稳定性,也就是现场常说的 “支得牢、 稳得住” 。在支架设计时,应尽量选用较大缸径立 柱。 2尽可能选用中心距1. 5 m架型 在井下运输、 搬家条件允许的情况下,选用中心 距1. 5 m架型。底座应在保证拉后刮板输送机千斤 顶空间的情况下尽量加宽。 3保证对顶板足够支撑强度的前提下,尽量减 轻支架重量 大倾角煤层走向长壁工作面矿压显现的主要特 征是由于不均匀充填导致沿工作面倾斜方向来压顺 序、 持续时间、 来压强度的不均衡和顶板对支架作用 的载荷较缓倾斜小。同时,由于支架重量与稳定性 成反比关系,因此,只要支护强度能满足要求,应尽 45 第29卷第12期 2008年 12月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol129No112 Dec. 2008 量减轻支架重量,以提高稳定性,同时亦有利于支架 在工作面的调整和搬家。 4适当增加初撑力和工作阻力,尽量降低对底 板比压 从提高支架稳定性角度出发,加大支架初撑力, 工作时充分利用工作阻力,移架时保持一定的阻力。 加大支架阻力必须确保支架与顶底板接触状况良 好,以不破坏煤层底板为前提。这主要依靠加大底 座面积,调整合力作用点位置,从而使底板比压降低 来实现。 5严格控制采高,适当加快推进速度 控制采高也就是控制支架高度。超高开采不仅 降低支架的横向稳定性,同时亦造成移架,推刮板输 送机困难。因此,应在不降低工作面回采率的前提 下,严格控制采高,提高支架稳定性,防止架间的挤、 咬现象。 6提高工作面支护系统稳定性 大倾角工作面支护系统的稳定性除需保证单个 支架在工作过程中的稳定外,还应考虑设置排头排 尾支架组,使工作面支护系统有相对稳定的整体性 和可靠的依托。通常,排头排尾支架组可由3～5架 工作面基本支架靠附加装置连成整体来组成;端头 支架则需要针对具体条件特殊设计与布置。 7采用特殊回采工艺 如下行截煤,上行装煤,带压由下向上逐次移架 等,充分利用工艺特点来提高整个工作面设备及系 统的稳定性。 3 大倾角综放液压支架的防倒、 防滑装置 支架防倒防滑技术问题,基本上是当支架脱开 顶板降柱行走过程时出现的,当支架支撑在顶底 板之间,支架是不存在下滑问题。支架出现倒架,大 多是支架上方冒空,顶板局部失去完整性,上部顶板 有向下移动空间,当顶板垮落时,这个倒向力的显现 使支架倾倒。 1支架防倒措施 如果支架的重心铅直线在支架底座内,支架是 不会倾倒的,如果铅直线在底座外部,支架就会倾 倒。支架极限倾倒角为2412,考虑安全系数时,支 架在倾角大于20 的工作面会出现倾倒。支架在使 用中力争控制在支架倾倒角之内,如果工作面实际 倾角等于或大于倾倒角时,支架要加防倒装置,其主 要措施① 保证支架顶梁间没有间隙,使它没有倾倒 的空间;支架侧护板千斤顶、 侧推弹簧使支架顶梁相 互靠紧,始终保持有足够的扶正力,防止倒架。② 在 邻架顶梁间增设调架千斤顶,当支架出现倾倒时,以 支撑顶板的相邻支架作支点,用千斤顶调整该支架 位置。 2支架防滑措施 支架在前移过程中是否会下滑关键是支架下滑 力与支架摩擦力相互作用的结果。如果下滑力大于 摩擦力则支架下滑;否则不下滑。支架下滑极限角 为1816 。一般来说,工作面倾角大于15 就要采取 防滑措施。减少支架下滑的措施① 将工作面布置 为伪斜,减小工作面实际倾角;② 推移杆全程导向, 推移杆和底座间隙控制在10～20 mm单侧。在任 意位置,推移杆和底座间间隙不变,控制输送机下 滑。③ 控制推刮板输送机的顺序来调整输送机的位 置。④ 相邻支架底座之间设置防滑千斤顶,以有初 撑力的支架为支点,调整相邻支架的位置。⑤ 将输 送机和支架间设置防输送机下滑装置,每隔5架一 组,推移输送机时,通过控制防滑千斤顶动作,牵动 输送机上移。 4 放煤工艺控制 在放顶煤开采中,放煤量与放出体轴偏角存在 着复杂关系。大倾角特厚煤层综放工作面由下向上 放煤时,容易造成放出椭球体轴偏角增大,放煤量增 加,工作面上部支架容易失稳。 顶煤运移规律通过放煤工艺影响支架稳定性,为 了防止前部输送机下滑,工作面采用下行截煤,上行装 煤推刮板输送机移架的操作方式,其目的是防止前部 输送机的下滑,同时支架前部由于和输送机的连接同 时也可抵消一部分下滑量,而支架后部由于没有相应 的抵消下滑措施导致支架后部产生下滑。 为了保证不过量放煤,防止支架失稳,采取由上 向下间隔顺序放煤。在支架不失稳的情况下,改为 由下向上间隔顺序放煤。试验结果认为,从上向下 放煤时,支架稳定性较好,但容易混入矸石。因此, 为了加强上段工作面管理,保持支护系统稳定,工作 面上段由上向下间隔顺序放煤;其余地段整体按由 下向上间隔顺序放煤,有利于顶板的垮落和放顶煤, 放煤量较大。 在大倾角的地质条件下,由于大倾角的影响,所 产生的前方支承压力的范围是非线性、 不对称的,使 得在工作面不同位置,顶煤的破碎程度也会有所不 同,相应地也应该分析在大倾角特厚煤层地质条件 下的顶煤运移规律,从而能够采取最适合的放煤方 式,达到提高顶煤的放出率、 降低含矸率和保持支架 稳定性的要求。 作者简介房虎林1961 - ,陕西临潼人,山东天晟煤矿装备有 限公司总工,高级工程师,现从事综采工作面液压支架的研发工作. 收稿日期2008206229 55 第29卷第12期 大倾角液压支架稳定性研究 房虎林,等 Vol129No112