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大傾角大采高綜采工作面倒架原因分析及防治措施

文檔作者：張輝，渠繼剛，鄭四周，徐睿，胡偉元文檔來源：河南神火集團(tuán)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月28日
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108
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management
2013年第38卷第5期
V01．38 No．5
doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2013．05．044
大傾角大采高綜采工作面倒架原因分析及防治措施
張輝，渠繼剛，鄭四周，徐睿，胡偉元
(河南神火集團(tuán)有限公司泉店煤礦，河南許昌461000)
[摘要] 大傾角“三軟”厚煤層大采高綜采工作面，因其傾角大、采高大、煤層軟、設(shè)備重、頂
板差的特點(diǎn)易片幫、漏頇，極易誘發(fā)工作面局部倒架，甚至大面積倒架。分析了大傾
角“三軟”厚煤層一次采全高工作面倒架的原因。提出了“控煤墻、護(hù)頂板、一端頭、
兩條線”的處理方法和預(yù)防措施。
[關(guān)鍵詞] 大傾角；大采高綜采；“三軟”厚煤層；工作面支架傾倒；防治措施
[中圖分類號(hào)]TD822[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1672_9943(2013)05_O108_O2
1 概況
二 一14050大采高綜采工作面，位于井田西
部14采區(qū)東翼下部，埋深約612 m。工作面可采
走向長(zhǎng)度446 m，傾斜寬148 m，煤層傾角26o～
32。，煤厚3．2～7．4 m，平均煤厚6．13 m，可采儲(chǔ)量
47．6萬(wàn)t，煤層硬度系數(shù)0．15～0．25，直接頂板以泥
巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，偶為細(xì)、中粒砂巖，偶
具炭質(zhì)泥巖偽頂，頂板及其破碎；底板以泥巖、砂
質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，局部為細(xì)粒砂巖，偶為中粒
砂巖，偶具炭質(zhì)泥巖偽底，屬?gòu)?fù)合頂板“三軟”厚煤
層大傾角工作面，采用一次采全高工藝回采，全部
垮落法管理頂板。二 一14050大采高綜采面主要
裝備配置：ZYIO000—28／62型支撐掩護(hù)式支架83
架、ZYIO000—26／55型端頭支架3架、ZY10000—
26／55型過渡支架2架，MG650／1640一WD型采煤
機(jī)1臺(tái)，SGZ1000／2~400型工作面刮板輸送機(jī)1部，
SZZ 1000／375型轉(zhuǎn)載機(jī)1部，DSJ120／100／2~132型
膠帶輸送機(jī)一部，BRW一40N31．5型乳化泵2臺(tái)，
KBSGZY2一T一2000／10／3．45型移動(dòng)變電站2臺(tái)。
ZY10000／28／62型支架主要技術(shù)參數(shù)：支架為
二柱式，支撐高度2．8～6．2 m，寬度1．6～1．85 m，支
護(hù)強(qiáng)度0．92 MPa。對(duì)底板比壓2．18 MPa，初撐力
7 916 kN，工作阻力10 000 kN。支架重量43．5 t。
SGZ1000／2x400型工作面刮板輸送機(jī)整機(jī)重量
220 t、采煤機(jī)整機(jī)重量115 t。
2 工作面回采過程中出現(xiàn)的問題
在工作面回采初期，為防止設(shè)備下滑，在采用
設(shè)備防滑裝置的同時(shí)，工作面調(diào)斜至下順槽超前
上順槽15 m左右，期間，工作面采高逐漸由33 m
升至5．5～5．9 m。
在初采過程中，由于地質(zhì)條件差、加之工藝不
熟悉，整個(gè)工作面片幫、漏頂嚴(yán)重，片幫、漏頂長(zhǎng)度
最長(zhǎng)達(dá)40架，片幫深度最深達(dá)3．5 m，漏頂?shù)膲K度
最大達(dá)20 m3o大面積的片幫、漏頂之后，隨之而來
的是工作面的部分支架初撐力不足、超高使用等
問題，并開始大范圍的傾倒，最多時(shí)倒架達(dá)45架，
支架橫向傾角最大時(shí)達(dá)56。。支架失去對(duì)頂板的
有效支撐，使本來就破碎錯(cuò)動(dòng)的頂板條件進(jìn)一步
惡化。同時(shí)由于工作面坡度大，架問、梁端大量流
矸，給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。工作面運(yùn)輸機(jī)經(jīng)常
壓死，無法正?；夭?，全部靠人工刷擴(kuò)推進(jìn)，給礦
井造成了上千萬(wàn)元的損失。
3 工作面倒架原因分析
支架力學(xué)模型穩(wěn)定性分析如圖1所示。
圖1 支架正常支撐時(shí)受力示意圖
由圖1分析可知，支架在支撐頂板時(shí)，對(duì)底座
下側(cè)邊緣的傾倒力矩 為：
M ~mj=HgGsina-BGcosa／2-BN2／2一日^ 2+
BNI／2+flH+F1H1
式中，I4g為支架重心高度；H為采高；B為支
架底座寬度；』、r．為底板對(duì)底座的支承力；N2為頂
2013年l0月
Feb．，2013 張輝，等大傾角大采高綜采工作面倒架原因分析及防治措施 109
板對(duì)頂梁的正壓力； 為頂梁與頂板間的摩擦因
數(shù)；G為支架所受重力； 為支架頂梁所受摩擦
力； 為鄰架的壓力； 為底板傾角。
在支架正常支撐時(shí)，主要依靠頂梁與頂板的
摩擦力、側(cè)護(hù)板與鄰架的壓力、支架的下滑分力相
互作用來維持支架力矩平衡，保證支架處于穩(wěn)定
狀態(tài)[ 。
(1)工作面傾角的影響。在大傾角工作面，由
于傾角的影響，支架和頂板均會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下滑分
力，該分力的作用結(jié)果造成支架存在一定傾倒趨
勢(shì)，而且隨著傾角的增大，由下滑分力作用引起支
架下滑、傾倒的趨勢(shì)上升。
(2)工作面采高的影響。隨著工作面采高的
加大，支架重心位置上升，支架自重產(chǎn)生的力矩效
果由穩(wěn)定支架逐漸過渡到使支架側(cè)翻，因此，采高
的加大會(huì)加劇支架的傾倒，工作面倒架嚴(yán)重區(qū)域，
支架高度5．8～6 m。
(3)工作面片幫的影響。由于工作面煤質(zhì)松
軟，且工作面傾角、采高較大，煤壁極易片幫，片幫
后上覆復(fù)合頂板隨之冒落，經(jīng)常性頂板冒落高度
達(dá)1．5 m，頂板冒落又進(jìn)一步造成煤壁片幫，易形
成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致支架超高，接頂困難，初撐
力不足，使支架處于空頂狀態(tài)，這是工作面倒架的
主要原因。
(4)工作面運(yùn)輸機(jī)的影響。工作面在初期回
采期間，由于工藝不熟悉，加之運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)重
量大，運(yùn)輸機(jī)下滑嚴(yán)重，帶動(dòng)支架下滑，進(jìn)而造成
支架歪架、走斜，加劇了倒架情況。
4 防治措施
(1)降低采高。在工作面支架高度超出5．8 m
區(qū)域及倒架嚴(yán)重區(qū)域，采用混合臺(tái)階法采煤工藝，
即超前在工作面煤壁中人工刷擴(kuò)出2 m高度進(jìn)行
支護(hù)，其余部分由采煤機(jī)回采，這樣逐步降低采
高，緩解煤壁靜止?fàn)顟B(tài)下大面積片幫的情況。在降
低采高的過程，要保證工作面的推進(jìn)度，嚴(yán)禁靜態(tài)
調(diào)整。根據(jù)工作面實(shí)際情況，機(jī)電設(shè)備技術(shù)參數(shù)，
支架高度控制在5～5．5 m、采高控制在5．5—6．0 m
之間時(shí)既提高資源回收率，又能很好地控制煤壁
片冒情況，初次放頂期間控制在3．6 m以內(nèi)，嚴(yán)禁
支架超高使用。
(2)加固煤壁。①工作面上下順槽超前深孔
預(yù)注水，配合回采時(shí)工作面煤壁淺孔動(dòng)壓注水、煤
壁打設(shè)玻璃鋼錨桿加固煤壁。② 臺(tái)階法采煤工藝。
采煤機(jī)的兩個(gè)滾筒先割煤層的上部，然后伸縮梁
伸出及時(shí)支護(hù)頂板，護(hù)幫板支撐在煤壁上，防止煤
壁片幫；采煤機(jī)割完煤層上部后，兩個(gè)滾筒同時(shí)割
煤層下部；割完下部煤層后，支架進(jìn)行移架。③支
架防片幫。采用及時(shí)支護(hù)方式，煤機(jī)前滾筒割煤后
立即打出伸縮梁護(hù)住頂板，后滾筒割煤后用護(hù)幫
板護(hù)住煤幫，防止片幫。在移架后，支架的二級(jí)護(hù)
幫及時(shí)打上，緊貼煤壁防止煤壁片幫；增大支架
初撐力，減小頂板作用于煤壁上的超前壓力。
(3)頂板支護(hù)。①如果出現(xiàn)冒高大于0．5 m、
沿傾斜方向大于3．0 m、沿推進(jìn)方向大于1．0 m的
漏頂時(shí)，及時(shí)茬頂或人工刷擴(kuò)架單體柱傾向抬棚
支護(hù)，片幫、漏頂嚴(yán)重時(shí)注馬麗散加固頂板。②減
少架前漏矸，拉架時(shí)伸本架側(cè)護(hù)板，收上架側(cè)護(hù)
板。若架間間隙大，頂板破碎，架前漏空時(shí)，應(yīng)打設(shè)
平臺(tái)，用半圓木、荊芭背嚴(yán)實(shí)。③提高支架初撐力，
保證支架接頂嚴(yán)密，同時(shí)帶壓移架。發(fā)現(xiàn)支架沒有
初撐力時(shí)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)液保證支架接頂，使支架與
頂板之間產(chǎn)生足夠大的摩擦力保證支架穩(wěn)定，進(jìn)
而保證頂板完整。
(4)防倒架。①明確架型控制，移架后支架與
運(yùn)輸機(jī)傾角差控制在5?！玪0。之間，傾角差不得小
于5。，不得超過10。，使支架處于輕微反倒?fàn)顟B(tài)，支
架頂梁的仰俯角控制在+7。，工作面移架過后及時(shí)
打上防倒油缸，使防倒油缸處于張緊狀態(tài)，嚴(yán)禁空
頂拉架。②正?；夭蛇^程中，在工作面布置一道鏈
條，此鏈條上端固定在機(jī)尾架上，下端固定于機(jī)頭
架上，工作面每隔5架使用鏈條將本架與主鏈條
進(jìn)行連鎖；發(fā)現(xiàn)支架有下滑及歪倒的跡象時(shí)，可以
在拉架過程中使用上順槽安裝的JH一20絞車?yán)?
支架平衡油缸進(jìn)行防滑、防倒，之后通過每隔5架
使用鏈條將本架與下部支架防倒油缸連鎖固定；
下部支架移架期間，可配合使用單體支柱打在支
架頂梁上進(jìn)行防滑及防倒，第一架處可以打戧柱
防止支架下滑、傾倒；拉架后，在每架支架底座之
間夾上木板，防止支架底座咬死。③下端頭采用
4 m、6 m長(zhǎng)的單體柱竹型鋼梁組合邁步抬棚支
護(hù)，其中，跨機(jī)頭使用6 m長(zhǎng)抬棚，為端頭支架提
供穩(wěn)定的支護(hù)條件。④移架之前應(yīng)先將上柱腳的
浮煤清理干凈，使用支架抬柱腳油缸將支架柱腳
抬起，同時(shí)使用木料墊在支架下柱腳防止支架倒
架。⑤調(diào)整工作面?zhèn)涡?，使機(jī)頭超前機(jī)尾9～15 m，
防止支架、運(yùn)輸機(jī)下滑。
采用上述技術(shù)措施后，工作(下轉(zhuǎn)第129頁(yè))
2013年第38卷第5期
Vo1．38 No．5
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management 129
既可以是儲(chǔ)煤場(chǎng)也可以是圓筒倉(cāng)，或是方倉(cāng)等；②
配煤比例可任意調(diào)整，對(duì)煤質(zhì)變化適應(yīng)性更強(qiáng)；③
對(duì)場(chǎng)地空間要求較低；④ 生產(chǎn)管理難度大，設(shè)備
維護(hù)量低；⑤ 投資較低。該方案的缺點(diǎn)是需對(duì)各
煤源煤質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，方能分類儲(chǔ)存，工作量較大。
2．2 均質(zhì)化混煤
該方案中原煤不再分類儲(chǔ)存，而是均質(zhì)化混
合堆放，采用的設(shè)施就是均質(zhì)化混煤場(chǎng)。
均質(zhì)化儲(chǔ)煤場(chǎng)最早應(yīng)用在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)
家，典型的代表就是德國(guó)的羅貝克選煤廠的均質(zhì)
化混煤場(chǎng)。該混煤場(chǎng)采用的是“人”字形木質(zhì)屋架，
輕質(zhì)維護(hù)，屋架下部跨度66 m，“人”字形頂部高
度為35 m，儲(chǔ)煤場(chǎng)長(zhǎng)度為210 m，煤堆寬33 m、高
l5．5 m，煤堆長(zhǎng)122 m時(shí)，儲(chǔ)量為3萬(wàn)t，最大儲(chǔ)量
為4萬(wàn)t[2]。國(guó)內(nèi)選煤場(chǎng)中，東環(huán)坨選煤廠也采用
了類似的混煤場(chǎng)，濟(jì)寧三號(hào)選煤廠、晉城寺河選煤
廠則采用了圓形結(jié)構(gòu)混煤場(chǎng)。
這些混煤場(chǎng)的結(jié)構(gòu)形式雖有所不同，但其工
作原理和設(shè)備配置卻基本一致。整個(gè)儲(chǔ)煤場(chǎng)都是
由堆煤系統(tǒng)、堆料和取料系統(tǒng)3部分組成的。堆煤
系統(tǒng)由外來煤帶式輸送機(jī)和堆料機(jī)組成，外來煤
通過堆料機(jī)實(shí)現(xiàn)自下而上分層堆放?；烀簣?chǎng)內(nèi)一
般都包括兩個(gè)料堆，一堆一取，每個(gè)料堆都要往返
堆200多層料，目的是任意截取料堆的一個(gè)橫斷
面時(shí)，其煤質(zhì)指標(biāo)基本上都是相同的，從而實(shí)現(xiàn)原
煤均質(zhì)化。取料系統(tǒng)主要由可移動(dòng)三角形耙架、滾
筒取料機(jī)或刮斗取料機(jī)及返煤帶式輸送機(jī)組成。
該方案的優(yōu)點(diǎn)是：儲(chǔ)存能力大，來煤直接分層
堆放，無須化驗(yàn)分組分儲(chǔ)。缺點(diǎn)是：不同原煤配比
比例無法調(diào)整，占地面積大，投資高，設(shè)備維護(hù)量
大，運(yùn)行成本高。
本項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)位于貴州山區(qū)，廠區(qū)空間有
限，不具有設(shè)置大型混煤場(chǎng)的條件。綜合考慮兩種
方案的優(yōu)缺點(diǎn)后，最終推薦采用原煤分類儲(chǔ)存配
比人選方案。考慮到各煤源產(chǎn)量較小且廠區(qū)場(chǎng)地
有限，推薦采用多座方倉(cāng)聯(lián)合布置實(shí)現(xiàn)原煤的分
類儲(chǔ)存，方倉(cāng)下均設(shè)置定量給煤機(jī)調(diào)整配煤比例。
3 結(jié)論
通過分析晴隆潔凈煤項(xiàng)目的煤源和煤質(zhì)特
征，認(rèn)為其具有人選煤源廣、煤源產(chǎn)量低和煤質(zhì)變
化大的特點(diǎn)；簡(jiǎn)單混合人選不符合最大產(chǎn)率原則，
會(huì)降低精煤產(chǎn)率，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)方案比
選后，推薦原煤采用均質(zhì)化配煤入選方案，具體實(shí)
施方案為，聯(lián)合建設(shè)多座方倉(cāng)以實(shí)現(xiàn)原煤的分類
儲(chǔ)存，方倉(cāng)下設(shè)置定量給煤機(jī)靈活調(diào)整配煤入選
比例。
[參考文獻(xiàn)]
[1]GB50359—2005，煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范IS]．北京：中
國(guó)計(jì)劃出版社，2005
[2]戴少康．選煤工藝設(shè)計(jì)使用技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：煤炭
工業(yè)出版社，2010
[作者簡(jiǎn)介]
馮濤(1957一)，男，高級(jí)工程師，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
機(jī)械制造專業(yè)，長(zhǎng)期從事煤礦技術(shù)管理工作。
『收稿日期：2013—04—15]
(上接第109頁(yè))面片幫、冒頂頻率和規(guī)模明顯減
少，設(shè)備下滑、倒架現(xiàn)象幾乎消失。截至2012年11
月，二。一14050工作面已安全出煤5O．4萬(wàn)t，創(chuàng)造
經(jīng)濟(jì)效益近4．9億元。
5 結(jié)語(yǔ)
大傾角大采高綜采工作面倒架的根本原因是
支架所受力矩的不平衡，因此，防治倒架要從影響
力矩方面著手：通過降低采高、打設(shè)錨桿、超前預(yù)
注水等措施控制煤墻，防止煤壁大面積片幫，為良
好的頂板支護(hù)狀態(tài)打下基礎(chǔ)；加強(qiáng)下端頭支護(hù)強(qiáng)
度及支架二次補(bǔ)液使支架保持正常位態(tài)，從而保
持工作面“三機(jī)”穩(wěn)定性，保證工作面正常生產(chǎn)；在
工作面的回采過程中，保持使用絞車配合連接在
支架平衡油缸上的防倒鏈條拉住支架和使支架處
于輕微反倒架狀態(tài)，來控制支架架型，從而防止支
架下滑、傾倒，這是二 一14050工作面應(yīng)用大采高
工藝的創(chuàng)新點(diǎn)。通過逐步摸索經(jīng)驗(yàn)、合理組織，二 一
14050工作面平均采高穩(wěn)定在5．5—6．2 m之間，回
采率93％～95％，月均產(chǎn)量4萬(wàn)t、最高產(chǎn)量6．8萬(wàn)t，
實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效，同時(shí)為礦井后續(xù)大傾角、大采高
煤層開采提供了重要經(jīng)驗(yàn)與借鑒。
[參考文獻(xiàn)]
[1]田取珍，張愛絨，路全寬，等．厚煤層大采高綜采工作
面煤壁穩(wěn)定性研究[J1_太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(1)：
73—76
[作者簡(jiǎn)介]
張輝(1982一)，男，助理工程師，畢業(yè)于河南工程技術(shù)
學(xué)校，現(xiàn)從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。
『收稿日期：2013—03—28]

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