特厚極軟煤層綜放面邁步支架穩(wěn)定性分析

特厚極軟煤層綜放面邁步支架穩(wěn)定性分析

0工程特點(diǎn)及應(yīng)用效果淮北礦區(qū)朱仙莊礦采用zwm-1800z網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行煤采，具有很厚的厚度，且容易發(fā)生事故。開采了兩個面，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該支架的簡易性適應(yīng)了礦井地質(zhì)條件復(fù)雜,小塊段開采多的實(shí)際情況。但在實(shí)踐中由于支架在傾斜煤層放頂煤面中穩(wěn)定性差,對生產(chǎn)和安全影響較大,而且出現(xiàn)過一起連續(xù)倒30架的垮面事故;因此,改善其穩(wěn)定性對該支架的廣泛應(yīng)用有重要意義。現(xiàn)以8410-2面為例對該支架失穩(wěn)機(jī)理及控制措施加以論述。1工作面形制8410-2工作面位于Ⅱ84采區(qū)—區(qū)段,采深-432～-543m,所采8煤厚度5.8～15.5m,平均9.2m,普氏硬度系數(shù)f=0.37～0.52,破碎極軟,變異系數(shù)29%。煤層傾角10～36°,平均15°。煤層頂板為頂分層鋪網(wǎng)開采后灌漿形成的再生頂板;底板為0.7～1.3m厚的灰色泥巖,底板比壓為(10±1.6)MPa,工作面回采過程中遇三條落差1.5～2.5m斷層,煤層底板起伏凹凸不平。工作面為走向長壁式布置,工作面走向長270m,傾向長126m,采高2.1m,放頂煤厚度3.7～13.4m,平均為7.1m。工作面基本支架為西北煤機(jī)二廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的ZWM—1800Z型網(wǎng)格式邁步支架。工作面共安裝了105架,支架型式如圖1所示。工作面主要配套設(shè)備為:MG-2×70Z型采煤機(jī),前部SGB-150C型輸送機(jī),后部SGB-80G型輸送機(jī),MRBl25/31.5型乳化液泵。2頂梁支架連接工作面采用ZWM-1800Z型支架支護(hù)頂板,每架分主副架,其間通過滑塊連接,架與架頂梁之間用連接臂相連,形成網(wǎng)格狀整體。工作面支架每l0～15架為一組,組與組之間棚距過大時采用單體支柱配鉸接頂梁支架加以調(diào)節(jié)。過頂采用鋪設(shè)金屬網(wǎng),網(wǎng)規(guī)格為5.0m×0.6m,網(wǎng)孔徑為40mm,煤幫采煤時,利用主副架上翻轉(zhuǎn)式前探梁進(jìn)行頂板臨時支護(hù)。3支架失穩(wěn)配置3.1支架結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定性的影響(1)頂梁與頂梁的垂直角度網(wǎng)格邁步支架的支柱與頂梁之間的連接方式為球鉸鏈連接,這種連接方式雖然適應(yīng)了工作面復(fù)雜多變的頂板條件下,雙向支柱很難與頂梁底平面垂直的要求。但是一旦傾斜支撐時雙向支柱中心線與垂直中心線間的夾角大于某一值時,易使頂梁翻滾。盡管每組有10～15架,且有連接臂相連為整體,但是頂梁翻滾較多時,整組支架的穩(wěn)定性下降。尾梁與頂梁也是鉸接,當(dāng)支架邁步時,支柱卸載,頂梁卸壓,而此時尾梁依然受壓;因此,支架在無法帶壓移架時,支架受力不均而產(chǎn)生失穩(wěn)。(2)重力約在支架高度的4/5處的傾斜工作面網(wǎng)格邁步支架梁重柱輕,重心較高,支架在工作狀態(tài)下,重心約在支架高度的4/5處,在傾斜工作面中容易產(chǎn)生較大的力距;因此,當(dāng)煤層傾角較大、支柱初撐力不足、頂板變動時易使支架失穩(wěn)。3.2尾梁移架的穩(wěn)定性移架采用跟機(jī)移架,在移后溜后進(jìn)行移架。支架前移利用控制片閥操作,靠液壓傳動來完成邁步。移架過程中,當(dāng)支架一側(cè)主或副梁卸載時,尾梁由于鉸接關(guān)系仍處在受頂板壓力狀態(tài);其在下滑分力的作用下,以滑塊為支點(diǎn),產(chǎn)生扭距;因而移架過程中易造成尾梁下歪,支架前端向上調(diào)斜。如果調(diào)架不及時,很容易造成惡性循環(huán)。每移一次架,擠架、調(diào)斜加劇,直至撒架、加架,從而使支架失去穩(wěn)定性。由于頻繁的移架、撤架、改架等,造成支架依靠初撐力支護(hù)頂板,對工作面頂板的整體支護(hù)強(qiáng)度相對較小,當(dāng)周期來壓時易引發(fā)支架傾倒。3.3放煤口同步控制8410-2工作面根據(jù)回收率要求和煤層條件,采放工藝為二刀一放,傾向自下而上全長分三輪依次放煤,每次放出頂煤的1/3(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按時間控制),一個或二個放煤口。一般情況下是兩個放煤口同步進(jìn)行放煤。由于煤層松軟,在第二輪和第三輪放頂煤時,常出現(xiàn)頂煤向支架上方抽,支架受力峰值移向煤壁,支架上方煤體對頂板運(yùn)動效應(yīng)的“弱化”作用降低,有時可與煤壁漏冒處抽通,致使支架工作阻力大大降低,甚至出現(xiàn)頂空狀態(tài)。這樣,加大了煤層、直接頂和老頂離層的頻率,其頻繁沖擊支架,使支架難以保持穩(wěn)定。每當(dāng)老頂周期來壓較強(qiáng)時,易發(fā)生大面積的倒架事故。3.4頂梁受力影響頂煤穩(wěn)定性工作面在開采中遇到煤層底板起伏,煤層厚度變化,局部大傾角、斷層等地質(zhì)變化。在這些異常地段,支架的穩(wěn)定性受到一定的影響。網(wǎng)格式邁步支架遇松軟底板時,支柱容易鉆底。由于底板起伏、斷層等影響使局部工作面常留有煤底,在底煤段支柱鉆底時,后排支柱鉆底量相對更大。網(wǎng)格式邁步支架每一組為整體頂梁,因此難以保持整體頂梁沿工作面走向水平狀態(tài),而是呈傾斜狀,致使控頂區(qū)內(nèi)的頂煤既有水平位移又有很大下沉量,破壞了頂煤穩(wěn)定性,易出現(xiàn)頂煤漏冒,支架失去支護(hù)作用。另外,頂梁后柱鉆底量較大時,也使尾梁和頂梁的吻合性差,影響到支架的穩(wěn)定性。8410-2工作面開采中上部20余m,傾角達(dá)到36°,在大傾角段支架更易出現(xiàn)調(diào)斜、仰山退山過大等現(xiàn)象;且大傾角造成下滑分力增大,支架受力更加不平衡,因而穩(wěn)定性更差。3.5其他因素的影響(1)頂煤分層膠結(jié)支護(hù)困難在“支架-頂煤”的平衡體系中,由于支架多次“支撐-卸載”,使頂煤發(fā)生破壞,特別是在支架上方1.5～3.0m高度內(nèi)的頂煤破壞明顯。網(wǎng)格式邁步支架梁長2.8m,控頂區(qū)內(nèi)支架上方頂煤被反復(fù)支撐4～5次,部分頂煤成為10～15mm的碎塊。小于40mm的煤碎塊均從孔徑為40mm的金屬網(wǎng)網(wǎng)孔中漏下,造成支架上方煤體破碎松散,支護(hù)系統(tǒng)剛度降低,頂煤下沉量增大,使得煤體的彈塑區(qū)向工作面推進(jìn)方向移動,煤壁片幫加劇,并引發(fā)架前頂煤冒落。若機(jī)道上方空頂不能及時有效支護(hù),則加劇片幫、冒頂?shù)默F(xiàn)象;從而使支架的穩(wěn)定性受到一定影響。(2)易導(dǎo)致支架分開該網(wǎng)格邁步支架配件多,在使用過程中,部分配件如滑塊、連接臂等經(jīng)反復(fù)受力而損壞嚴(yán)重,僅滑塊和連接臂的損壞率就達(dá)80%以上。若維修更換不及時,易造成支架分開,不僅影響支護(hù)的質(zhì)量和效果、影響移架的速度,更易使支架失穩(wěn)。另外片閥損壞和液壓系統(tǒng)漏液造成支柱自動卸載而使整體支護(hù)強(qiáng)度下降。4加強(qiáng)頂煤控制(1)提高支架支設(shè)質(zhì)量、支架操作水平。做到支架仰山適當(dāng),移架時盡可能做到帶壓擦頂移架。支護(hù)上應(yīng)采取“支、護(hù)、控、穩(wěn)”兼顧,以“控、穩(wěn)”為主。移架時加強(qiáng)調(diào)架,對調(diào)斜、擠架、咬架等現(xiàn)象及時進(jìn)行調(diào)整。(2)加強(qiáng)工作面采高控制,每組支架間隔打上戧柱,大傾角段每架均打齊。(3)嚴(yán)格按規(guī)定的放煤順序進(jìn)行放煤,堅(jiān)持多輪順序放,使頂煤均勻下沉;同時注意觀察支架上方頂煤運(yùn)動情況,出現(xiàn)松動時適當(dāng)控制放煤量,避免支架上方放空,導(dǎo)致其工作阻力下降。(4)加強(qiáng)架前頂煤控制。煤機(jī)割煤后及時打出翻轉(zhuǎn)前探梁,易片漏處用單體支柱和木梁托棚超前管理頂幫。大傾角段煤壁可人工采煤并超前工作面煤壁一峒。(5)加強(qiáng)礦壓監(jiān)測,提高初撐力。在保證液壓系統(tǒng)和泵壓正常的前提下,安排專職測壓員在每道工序特別是放煤工序前后對支柱進(jìn)行測壓、補(bǔ)液。保證有足夠的初撐力,減少頂煤下沉離層。(6)8410-2面護(hù)頂材料以前為10#鍍鋅鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng),網(wǎng)孔徑較大。頂煤松軟時易從網(wǎng)孔漏煤,而使頂煤提前松散,造成支架工作阻力下降。因此后改為12#鐵絲編織的小網(wǎng)孔(孔徑25mm)的金屬網(wǎng)。(7)煤機(jī)割煤時,控制好其高度。底板起伏大時,適當(dāng)割底,使工作面頂?shù)装迤露缺３制骄?在煤底段,根據(jù)煤底比壓,合理確定支柱底座參數(shù),支柱下底梁,穿鐵鞋,增大支柱底座面積,提高支柱對底板比壓。(8)加強(qiáng)支架檢修,損壞的配件及時更換,對損壞率高的配件如滑塊、連接臂等提高其加工質(zhì)量。(9)加強(qiáng)現(xiàn)場管理,保證正規(guī)循環(huán)作業(yè)。在此基礎(chǔ)上加快工作面推進(jìn)度,以減少周期來壓的不利影響。5網(wǎng)格式支架穩(wěn)定性的必要性(1)網(wǎng)格式邁步支架結(jié)構(gòu)簡單,易于安裝、拆卸,其架體小、重量輕,易于操作、維護(hù),在淮北礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜、層理發(fā)育、不適宜上綜放支架的小煤層塊段,是一種經(jīng)濟(jì)合理的放頂煤支架。若其穩(wěn)定性得以改善,則該支架在