三软厚煤层综采支架失稳机理及防治措施.pdf

S CI E NCET E CH NOL OGY l斛 学 技 术 平 顶 ⋯矿 煤 炭 采掘 已经 进 入到深 部开 采 阶段 ． 戈 部 “采 杆 I 比． 深 部开 采 不仅 大大提 高 _r采 矿成 本 I n 随着 深瞍 的增加 ． 采 矿 环境 也随 之 发生 _ r 变 化． 尤 是 高温 、 高地应 力的影 响 ， 增加 了开采难 度 。尤其是 开 采 三软 厚煤 层 时 ．随 着 煤 壁和 综 采 支架 高 度 的增 加 ． 会极 夫影 响采场 围岩 与 支架稳 定性 ，、综 采 支架倒 架 、 下 滑 和 斜 等事 故发 生 的儿率也 远 高 丁 一般 采高 的综采 T 作而 盘 【 】 再遇 到其他 复杂地 质条件 如断层 、 理 、 褶 f } } j 、 陷落 柱 、 煤 层 局部 倾 角变 大 、 水 、 火 、 瓦斯 等 1 更增加 J 外 采难 度 和经济 成 本投入 因此 ， 深 入 、 系统 地开 展 i软厚煤 层 大采 高 同采 l 二 艺研 究 ． 足 实现 矿 安 、 高效 生产 所必 须解 决 的难题 、本 义对 该 条 f ， 1 f ． 的综 采支架 火稳机理进 行 了探讨．并经过实 践检 验 ． 有 效控制 了 支架失稳． 对 于今后其 他类 似煤 层开采 提供 了有益 的 参考 ． ． 一 、工 程地质 条件概 况 平煤 天安 卜一 矿 己 l 6 一 l 7 - 2 4 0 l l 工 作 面 风 巷平 均 标高一 6 5 9 ． 0 4 n 1 机 巷平 均 标 高一 6 8 7 ． 3 9 m 采 面倾 斜 长平均 1 5 0 l l 1 ． 可采走 向平均 长 l 6 2 5 m 、 煤层倾 角 为 0 ～ 3 2 。 ．平均 l 2 ． 6 。 采 面煤 层 厚 度较 稳 定 ．煤 厚 3 ． 8 0 ～ l 0 ． 5 n 1 ． 一般 8 ． 0 0 l l 1 l一在掘 进过 程 巾共 揭露 l 3条断层 ． 最 小为 0 ． 5 0 m． 最 大为 4 ． 0 0 m、坑透 探测 构造 发育 区 1 个 ， 推 断断 层 6条 ，、其 中 ， K F 2断层 、 向斜轴 部褶 曲发 育 、 K F 5断层 、 K F 6断层 附 近构 造相 对 复杂 ， 对 回采 影 响较 人 煤 层 接 顶 饭 为 细 砂 岩 或 砂 质 泥 岩 ．厚 度 为 5 2 c C O 。 u s v 1 ． 5 0 ～ 3 ． 1 0 m． 平 均 2 ． 6 0 m． 局 部 火 l ～ 2层 厚 度 为 0 ． 1 0 ～ ． 2 0 m 的煤 线 、 巾 ， 5 6勘探 线 以尔直 接 顶 以绑 眇 岩 为上 以 以泥 或砂 质泥 为上 ． 理 及 发 育 ， 易 日落 老顶 为砂 质泥糟或 砂 j 砂质泥 岩 瓦 煤 层 直接 底 为 8 ． 0 n 厚 的泥 ．遄 水 膨 胀 ，局 部 仃 0 ． 2 0 ～ 0 ． 3 0 n 厚 的煤 线 老底 为 l 0 ． 0 l l 1 左右 厚的耿 一 l 二作 而 设 汁 采 高 3 ． 5 m ～ 4 ．0 l n 安 装 l 0 0 组 Z Y 6 4 0 0 2 3 ． 5 ／ 4 5缉 4 掩 护 式 支架 支护 顶 板 采J 1 1 M 一 3 0 0 ／ 7 0 0 一 WD 型 双 滚 筒 采 煤 机 ‘ j l台 S GZ一 7 6 4 ／ 2 2 5 0 刮饭输 送 机 和 1台 S Z Z 一 7 6 4 ／ 2 0 0 转载 饥 合 使川 、 二 、 综 采支架失 稳机理 分析 综 采 支 架 失稳 形 式 主要 彳 丁 _ 二 种 横 向失 稳 倾 倒 、 纵 向失 稳 下滑 和支架扭 斜 】 ． 横 向 失稳 支架横 向失稳具 体表 现 为 支架倾倒 ． 它 受T 作 面 倾 角 、 支架 自重 、 顶底 板约 束 力、 支架重心 高 度 、 采离 、 卞 H 邻支架挤 力等要素影响 ， 采场 支架 受 向上 的力人 等 r向下 的 力时 ． 支 架保 持稳定状 态 ， 即 P c 。 s t l h R 。 s u s ≥ 7 』 】 ／ - s i n o h s I l 1 o l C 1 式 q 1 T _ 来 自卡 } { 邻 支架 上方的挤压 力， k N； T 一 来 自相 邻 支架 下方 的挤 力 ， k N I 1 一 支架 支护高 度 ． m B 支架 座宽度 ． I l l 【 一 支架 心 高度度 ， In P 一 支 顶扳压 力 ． k N w一 支 『 j 身 的 重量 ． k 一 1 作 ir l i f 角 ． 度 R 一 底 板所受 的反 力． k N f 1 一 顶板 j 支 架磨擦 系数 ． 0 f l 1 f 2 一 底板 ‘ j 支架磨擦 系数 ． 0 f 2 l { 个 支架倾 倒 时 ， 倾 倒 支架 的 朽相 邻约 束 鄙 为 0 ， 【 J 】 T s r r x 0 { 顶板 做 碎 ， 支架 空 顶 ， 顶饭 约 力 P 0 ． 则 ． 式 1 化 简 ≤ 鲁￡ 2 j 史 受 顶板约 求时 ． 【 { IJ P ≠0、 架横 向，夫稳 临 缃 为 ar t t l n『 ]c 3 ⋯式 1 3 可 知 【 ， 顶 、 底 饭瞎擦 系数越 大 ． 支架 底 座宽 瞍越 人 、 重 心更 小 ， 则支 架巫 稳定 反 之 ， 顶 板 冒 ， ，人上顺板约 I ， L ， 仅 人 ] 火稳 临 界 角 ． 支 架 的卡 H 邻 在约 束小 _ 丁 相邻 ，f 一 ‘ 约束时 ， 【 I lJ T 、 T 时 ， 支架 易发， 卜倾 倒 2 ． 纵 向 失稳 支架纵 J 久 稳 具 体 表 现 为 支架 下滑 ． 建 ● 如下 模 ； J r L G 刊 扳 哇 辅 G，刊 牲㈠ 一 4 武 l l l 一 果煤机 、 潞 I 11 予,l 1 1 7 1 , ,f 满|j If 时 总 最 ． T L } 1 一 c 。 s D 5 ’” 一 。 。 。 ’』2 一 5 『 f 1 I 一 采煤 机移 动H ,f f f 子 埘 支架的拉 力 ． k N 1 一 采煤 机上 行时 的牵引 力 ． k N 下 ． 滑 条件 为 、』 ， 支架 向下 滑动 力大 于 支架 的 抗 滑 ． {J IJ 支架发生纵 向欠稳 1 P c o s o e f I 只_ I S O g W o s o ￡≥ 7 P s i n o e i n aC L f 6 j 在 卡 H 邻挤 力为 0时 ， T 、 0 ， 为一个支 架 发 下滑 、』 ， 顶 扳破碎 ． 支架空 顶 ． 顶 板约束 力 P 0 l L L O ． 化 简式 6 得 } 式 7 ． 得 ⋯ 支架 自重情况 下 小发， 卜 下 滑的 条什 t , t a n o e 7 即 ≤a H t a l 1 8 、 I { 支架上 方 顶板完 好，接 顶， 眦 实 。 P ≠0 ． L ≠0 1t ,r ． 式 6 化简 为 一 一 式 小 k T 作面 内 支架 个数 1 t l 以上 4 至 9 公 式 町知 ， 支架 受 顶底 板约 越 女 ， 支 白重 越 火 ， 支架 受 的 十 力越 大 ． 下 滑 ， { j 越 人 ． 反之 下滑角度 越 小 { 支 接顶时． 尽 J J J J 人1支 的 I 作『5 f 【 乃 3 支架 扭 斜 l 6 一 l 7 - 2 4 0 l J l 作 支 发生扭 斜 ． 主 要仃 以 下 儿种 I 素 1 工作 而遇到地 匝构造 、 【 ， 果面遇到地 质构造 ． J IJ 段刮 板输送 机 和支架易 发， { 二 滞后l t} 后的 支 发 卜 挤 架 ．支 架 导什小垂 血输送 饥 ．移架推溜更加 厂小 I 难 【 『J 他支架 住升紧 ． 支架尾部也易发生机斜 2 支架 操作 不 当 l 6 一 l 7 - 2 4 0 l 1 l 作 嘶 I 上 分层 J F 采 ， 支 架需要 沿 顶 、 底煤 开采 。 此 ， 采 丽 支架需 要经常抬 架 当采 顶 板破碎 、 顶底 板 小 、 煤 片 、 顶 板 冒空 、 局部 倾 『 f J 过 火， 抬 架过 程 中卞 6 乏 易发 曼架扭 斜 和仰架 等f r i 】 题 3 移架推 溜次 序 移 摊潲 的 正常T 『 宁 为 采煤 机 割煤一 追机 移 架一推 移 刮板输 送机 其 巾 ． 追 机移 架 ⋯ 支架T 负 责 ，移 架处 离采煤 机 保持 l 0架 以 I 距 离 ， ， 禁刮板 输送 机 f l J 现急 弯 f n 1 果输 送 机经常 从机 尾 向机 处 推 移 ． 易造 成 剐 饭输 送 机 下滑 ． 进 l 影 响 支架 ， 发生 支架扭 斜 此 ． 移 时 尽量采取带 擦顶 移 架 4 伪斜 管理 不 当 已 l 6 一 l 7 - 2 4 - 0 1 l l r作 面必 须 ， 仳饼 控 伪 斜 ． 当伪斜 管理 不 1 时 ． 刮 板输 送饥 易 发 生 j 背 、 上窜 或下滑 ， 进而造 成 支架扭 斜 中 国 煤 炭 工 业 2 0 1 6 10 8 53 S CI E NCE TE CH NO L OGY I斟 学 技 术 三 、 防治支 架失稳 的关键技 术 1 ． 加 强预 控 管 理 ． 严格 落 实措 施 安 全 、 高效 ㈣采 ． 需 要对 采场 有超前 预控能 力。预 问题 、 分析 问题 干 解 决 问题 ， 这 就需 要 一线 的区 队 管理 者们有着较 高 的 论知 识和实践 经验 1 针对 _ 『 能发 ， L 地 质变 化 ， 提前 预测预报 区 队 管 和技 术人 员有 针 对性 制定 项 防治 措施 ． 并 狠抓 落实 2 定期 严格 对 支架进 行检 修 ． ．备 品 、 备 件两 食 、 减 少 支架 失稳 造 成 的 事故 时 间 ． 保证 有 效 支护 ， 提 离 机 率 3 对 岗位 I 人 进 行 安 全技 术 培 训 ． 煤 机 司机 顶 底扳 割平 ， 双 向割煤 ， 落 实伪斜 控 制 ； 支架 T 提高顶 饭 维护 、 处理倒 架 、 咬架 和扭 架等综 合技能 ， 4 优化 劳动组 织 实行 “ 四六制作 业” 。 现 场交接 班 减少大 采高 条什下 人员的 劳动强度 2 ． 防治 支架失稳 关键 技 术 1 软 厚煤层 久采高 条件 下 ， 顶板易 离层破 碎 ， 采 川 高 水速 凝 材料 马丽散 注 浆 加 工 作 面破 碎煤 啭 和顶 板 ． 提高 破碎煤 体 的强度 沿煤 层 走 向剖面 浆 孔 伽置 如图 l 所 爪 ． 沿煤 层倾 向剖 面沣 浆孔 布置 2所永 、 1 作面推 进速 度 ． 可以减 少|j Il 壁 lj 订 方超前 力的受 时 问 ． 降低煤 啭 和顶板 的破坏 程度 5 根据 理 论 汁算 ． 结 合跏 场 实践 ， 找 川合理 的伪 斜 角度 ． 增 加 支架 和 刮板 输 送机 的 稳定 性 ． 岸 力 l 1 强 管 理 、 防止 支架随着刮 板输送 机J - 求 、 下 滑 而发生扭斜 6 支架 3 ～ 5架进 行 分 僻 耻 ． 机 局 部倾 角 变 化较 大 最 大处 3 5度 时 ． _婴仃 防 滑防倒 干 斤顶控 制 ， 机尾 刮 扳输 送 机要 有锚 l州装 分组 间隔 炎错式 移 架 ． f 格 监控 支架变 化 7 采 一 F端头 使坡 度变 缓 ， 没防滑 平台 ， 有 效阻 止输送机 和支架 下计 亍、 并保 证 板输送 饥 转 载 饥 的合理搭接 、 8 支架侧 护 板 可删 架 『 J 间距 币 f J 力 ‘ 向 ， 防 二 架 问错 ．避免 露矸和支架 斜等问题 的发牛 ．闪此 ， 口 『 利 J { j 支架f 【fl『J 护 ． 减小架 问 『 u j 9 提高 支架 的初 撑 J I 作 f5 l _【 力 泵站采 川双 路供液 式 ， 加快移架速度 移架时， 庸采川“ 带 移 ” 或 “ 少 降快 拉 ” 的方式进 行 1 o 顶 恢破 碎 处若 发， 卜倒架 ，将 对 架 造 成难 度 为 J J 1 强该段 顶板 管 ． 埘 陔段 采 川人 I 做 超 前 的方法控 制顶板采用 打 爆破 施 入 煤 ， 沿顺 r n 】 架设 长度 3米 字钢 ． 棚 6 0 0 mm． 倾 ] 二 字钢 2 对 工作 面煤 质强 度低 、 煤层 层理 发育 紊乱 、 顶 扳破 碎等地 段 ． 采用 打开 支架护 帮 板 、 顶 板铺 网 单 层 或 双层 ． 紧挨 着上大 板 或 圆木等 方法 ， 控 制煤 壁片 帮 以及顶板破 碎处 冒顶 的发生 、 3 采 高越 大 ， 发生 片帮 、 胃顶的事 故率 越 高 。合 理降 低采高 ． 可以有效控制煤壁 片帮和顶板 冒漏 实践 表 明 ． 己 】 6 1 7 2 4 0 1 l r 作 面合适 的采高 在 3 ． 5 ～ 4 m 4 软煤 层 由r 顶板 、 底板 和煤 层强 度低 ， 加快 54 下H ∈ 度 3米 的 I 字 钠沿 走 向架 没 ． 一 、大捅 支架 顶梁 L． 仲 入支架 顶 梁 长度 不少 J 3 0 0 mm．一 存煤墙 侧用 体 柱史 { ， J 、 四、 结论 ■软 厚煤 、 局郑倾 角过 大 条件 下 。 支架 咬架 、 倒架 、 扭斜 等 频发根 据 具体 题 ． 必须有 针 对性 的制定 应 对措施 也为类似 条件 回采提供有 益的参考其 巾 ， 存 支架 最 初选 型 上 ．应 合珲 提 高 支架 1 作 阻 力和 初 撑 力 、 选 用晕心 低 ． 底座 更宽 的支架 ． ． 总之 ． 通 过 对 该关 键技 术 的研 究 ， 形 成 一套较 为 完善的_一软厚煤层大采高综采技术，为实现安全 、 高 效 I 采提供 可靠 的技 术保 障 、 f 作者 系平顶 山天安煤业股份有限公 司十一矿矿长 { 责 任 编 辑 周 琼