综采工作面过断层液压支架倒架原因分析及控制技术研究

闫志杰

（西山煤电 镇城底矿，山西 太原 030203）

1 工作面概况

镇城底矿22212 工作面所采煤层为2 号煤，煤层稳定，工作面煤层厚2.42~3.30 m，煤层厚度平均为2.82 m，结构为1.63（0.47） 0.72。煤层整体呈一复式背斜构造，S1 背斜轴向为146°，S2 向斜轴向为167°，S3 背斜轴向为174°，S4 向斜轴向为97°，煤岩层倾角为1°~15°，平均8°。工作面采用走向长壁后退式一次采全高全部垮落综合机械化采煤方法。 工作面使用133 台ZY5600-21/46 型液压支架支护。

22212 工作面回采至运输顺槽42 号点前5 m，回风顺槽31 号点前53 m，工作面揭露的5 条正断层，具体见表1。

工作面运输机机头安全出口为600 mm，1~4号架顶板破碎，机头端头压力大、1 号架支架行程低，13 ~47 号架托顶煤开采，4 ~13 号架向机尾方向倒，51~67 号架500 mm 伪顶破碎支架超高向机尾方向倒，架间漏煤严重，支架失去对顶板的有效支撑，给安全生产带来严重威胁。22212 工作面煤层顶底板情况见表2。

2 支架倒架原因分析

（1） 支架超高。由于受断层的影响，顶板破碎严重，多组支架出现超高使用现象，支架初撑力不达标。22212 工作面进入多断层影响区域时，采高最高达到3.8 m，支架本身稳定性受到影响。同时随着支架高度的增大，其重心不断增高移动，重心在水平方向的分力随之增大，当支架重心在水平方向上偏离底座中心距离到临界点时，支架便会发生倾倒。

（2） 当现场操作人员操作不当，工作面留肚或者挖底会造成大溜不直，加上经常向一个方向移架，会使输送机和支架向一个方向挤压收缩，很容易出现支架小范围的倒架、挤架现象。

（3） 工作面倾角越大，支架重心偏离底座中心距离越大，支架稳定性越低[1]，当支架重心在水平方向上偏离支架底座中心到临界点时，支架便产生倾倒的趋势。

表1 断层情况及对回采的影响Table 1 Fault condition and its influence on mining

表2 22212 工作面煤层顶底板情况Table 2 Roof and floor of No.22212 Face

3 支架倒架控制技术

（1） 对过断层期间顶板破碎段、托顶煤段采取铺网上圆木、打锚索、锚杆加强支护；托顶煤煤层松软易垮落段进行煤壁注浆[2]。

（2） 倒架及倾斜的支架进行扶架。使用相应长度的单体柱，一端顶在本架立柱柱窝的下侧，另一端顶在下端头侧支架的底座间，单体柱用护绳拴在支架立柱上[3]；利用相邻支架做为支点，向工作面上端头侧迎戗支架，移架的同时，利用液枪远距离给调架单体柱供液，从而防止支架向工作面下端头倾倒。

（3） 托顶煤段煤层稳定后，按一定的倾角提溜，采煤机每循环割煤时底刀距底板150 mm，上刀割顶煤150 mm，每刀煤提溜子150 mm。

（4） 工作面机头比机尾落差高3.8 m，机头比机尾推进度超前1.2 m，在回采时采取按机头与机尾4∶1（插刀口为40 号、80 号、130 号架） 推进1 次，按3∶1（插刀口为65 号、130 号） 推进2次，待机头比机尾超前6 m 时，停止摆机头，按正规推进。

4 具体实施

4.1 铺网上圆木

（1） 每3 架一组，在两端支架上平行支架各架设1 根4.2 m 长的11 号π 型花边梁（以下简称π 梁） 顶死煤壁，π 梁采空区一端与支架用锚链固定在支架顶梁的吊环上，煤壁一端距梁端0.25 m处打设单体支柱，单体紧贴煤帮。人员站在相邻支架下方支护完好的地方从机尾往机头方向穿入φ200 mm×3 m 的圆木，圆木垂直支架穿在2 架π 梁上，利用2.5 m 长钻杆推向煤壁，依次排列穿入圆木，直至圆木覆盖支架顶梁100 mm 以上。

（2） 圆木铺好后，人员站在相邻支架（机头侧） 顶梁下方，用5 m 的10 号铁丝做引绳，将铁丝拴在金属网的短边处，从机头往机尾方向穿引绳，引绳从机头至机尾穿过后，人员站在相邻支架（机头侧） 顶梁下方，利用引绳将金属网短边拖移至机头侧支架下方，用2.5 m 撬棍将网铺平，然后用10 号双股铁丝将圆木与金属网、π 梁捆绑牢固，完成第一道网的铺设。采取护帮护顶措施后开始联网、铺网，联网、铺网时面向煤壁站在支架顶梁下方，铺完后及时伸出护帮板将金属网撑起。

（3） 上圆木前将金属网放下，并将所移支架的挂网铁丝解开。拉架时，要割一架拉一架，将拉出的支架降架300~500 mm，把φ200 mm×3 000 mm 的圆木沿工作面倾向铺在支架上的金属网下，把圆木与金属网捆好后方可升架，隔一架降架铺一根圆木，圆木梁头紧紧对接，圆木全部铺好后将未拉出的架全部拉出。

4.2 打锚索

从顶板破碎、托顶煤开采段两侧顶板完好处开始，由两侧向中间打锚索支护开始，与工作面煤壁成60°~80°夹角隔1 架打设1 根锚索。

工作面每循环割煤前采取“锚索、锚杆＋金属网＋梯子梁”加强支护，间距1.5 m，排距0.6 m，锚杆、锚索均打设在架间顶梁前端0.2 m 处。其中，第1、2 排全部打注锚索，锚索长度不小于3.5 m，第3 排开始，采用φ20 mm×2 200 mm 锚杆与3.5 m 锚索交替打注，顶板破碎时，每排进行全锚索支护。

4.3 注 浆

（1） 注浆加固材料采用凝固力加固材料Ⅰ号对22212 工作面3~29 号、43~54 号、73~75 号支架顶板进行注浆。

（2） 注浆主要工作是由气动注浆泵、注射混合枪、封孔器构成。

（3） 注浆孔的布置。注浆孔每5 m 布置1 个孔，成一条线，注浆孔孔径43 mm，各注浆孔孔深6 m，钻孔仰角为25°~30°，封孔深度为1.5~2 m，每个孔注凝固力加固材料Ⅰ号A、B 两种各100 桶。

（4） 注浆工艺流程。

施工准备及安全检查—孔位设计—仪器连接—打孔—注浆及封孔—清洗。

工作时吸料管分别插到A、B 两种液体材料中，活塞泵通过吸排料管抽运双组份材料的2 种液体介质，2 种液体压送比例为1∶1，之后2 种液体分别通过高压软管压送到注射枪里进行混合，在设备的压力下混合物通过注射管输送到需要加固或充填的区域。

4.4 扶 架

扶架时，当支架侧护板能正常使用扶正支架，则用侧护板扶架。

使用单体液压支柱扶架时，按顺序操作，扶架由5 人一组进行作业，其中1 人专职操作支架，1人负责安全监护，另外3 人负责操作单体支柱、液枪及远距离供液。步骤为，扶架由支架倒架的反方向从机头向机尾依次进行，其中2 人操作单体，选用合适长度的单体，将单体顶端顶在下一支架的马鞍梁上，末端顶在本架的顶梁的立柱窝内，另一人操作液枪将单体微微撑紧，单体顶端和末端做好防倒措施，采用10 号双股铁丝将单体顶端和末端分别拴在支架上固定牢靠，待操作单体人员退到安全位置后，一人操作本架降架，一人负责远距离供液，远距离供液人员听从操作本架人员的命令进行停送液，两人配合将本架拉出升紧。

拉出后支架若与相邻两架有间隙，将上一架与本架侧护板伸出，若支架仍有间隙，或支架升紧后错差超过侧护板的高度，可能导致架间漏矸时使用合适宽度的板梁或圆木沿工作面倾向挑在架间，用单体撑紧，双股10 号铁丝拴在单体手把上与支架紧固连接。

4.5 提 溜

托顶煤段煤层稳定后，按一定的倾角提溜，每刀煤提溜子150~200 mm。在割煤过程中提溜，提溜时班长现场指挥，采煤机司机及支架工密切配合，每循环保持采煤机底刀距底板150~200 mm，同时升起采煤机上刀割顶煤150~200 mm，推溜过程中提起溜子。

4.6 调 斜

根据井下实际情况，支架工与采煤机司机配合将工作面调整伪斜，待运输机向机尾后窜，机头安全出口达到要求后，采用正规回采方法割煤。

5 应用效果

按照以上方式对工作面进行施工，虽然工作进度慢，但通过铺网上圆木、打锚索、注浆、扶架以及工作面开始推进时采取的运输机提溜和工作面调斜等方法，工作面支架逐渐扶正。

在实施通过坡度规对工作面倒架区域进行支架倾斜角度的测量，通过图1 中数据可以看出，工作面的支架倾斜角度降到了7°以下，基本恢复了正常，同时在接下来的生产过程中继续按照上述方法继续施工，直至工作面完全恢复正常。

6 结 语

发生液压支架倾倒现象，会对工作面的安全生产造成严重影响，在生产过程中，要分别针对具体的地质条件分析倒架原因，采取加强支护、注浆、扶架、提溜及调斜等技术，避免液压倒架现象的发生，做到安全高效生产。

图1 22212 工作面支架倾斜角度对比Fig.1 Comparison of support inclination angle of No.22212 Face