大倾角综放面设备稳定性分析及防倒滑措施

收稿日期:2009-09-23

作者简介:杨 垂(1967 ),男,河南虞城人,工程师,长期从事煤矿综采技术管理工作,现任泉店煤矿常务副矿长。

大倾角综放面设备稳定性分析及防倒滑措施

杨 垂1

,曹品伟1

,杨宝成1

,蒋东杰

2

(1.河南神火煤电股份有限公司泉店煤矿,河南许昌 461600;2.河南理工大学能源学院,河南焦作 454003)摘要:大倾角煤层综放开采中,由于煤层倾角大,易出现设备下滑、倾倒等现象,影响了工作面的安全生产,因此,保持工作面设备处于稳定状态成为安全高效开采的关键。针对泉店煤矿二1 12050综放工作面煤层软、压力大、倾角大等复杂的地质条件,在对目前国内类似工作面生产经验总结分析的基础上,提出了二1 12050综放工作面在支架设计、回采工艺和生产管理方面等综合设备防倒防滑技术措施。关键词:综放工作面;设备稳定;防倒防滑

中图分类号:TD 355 45 文献标识码:B 文章编号:1003-0506(2009)11-0059-02

泉店煤矿是河南神火煤电股份有限公司新建矿井,位于禹州煤田东南部,井田面积16.6k m 2

,矿井设计生产能力120M t/a ,服务年限为50.69a 。主采煤层为山西组下部的二1煤层,煤层厚度1 18~10 38m,平均厚5 88m,煤种为焦煤、瘦煤,二3和四6煤层局部可采。

1 工作面概况

二1 12050工作面是泉店煤矿首采工作面,位于井田西北部12采区下部,东邻12轨道上山,西邻DF 03断层,上邻二1 11030炮采工作面(未开采),下邻-530m 西翼胶带运输大巷和2条泄水巷。地面标高+118 74~+122 87m,采面井下标高在-510~-420m 。采面可采走向长577~592m,平均584 5m,采面倾斜宽150m,采煤面积86700m 2

,煤层厚度为2 80~8 07m,平均5 44m,保有储量66 9万t 。煤层结构简单,赋存稳定。煤层直接顶板以砂质泥岩、粉砂岩为主,厚度一般1 5~5 0m,局部地段见二3煤层,其上为细、粉砂岩;煤层直接底为中粒砂岩,厚度为27~30m 。工作面内有落差1 5~2 5m 的小断层4条,对回采有一定影响。二1 12050工作面采用后退式走向长壁综采放顶煤采煤法。主要安装的设备有SGZ764/400型输送机、ZF6000/18/28型综放液压支架、MG200/500 WD1型电牵引采煤机。

由于二1 12050工作面平均倾角在30 ,局部达42 ,回采中必须解决大倾角综采工作面设备防倒防

滑、机组爬坡、机组与输送机防滑等问题。其中解决支架和输送机防倒防滑问题是确保安全回采的关键。

2 设备稳定性分析

2.1 输送机的下滑

当输送机所受的摩擦力大于输送机下滑力时,输送机就不会下滑。查有关资料,金属与煤岩的摩

擦系数( )一般在0 35~0 40。以 =0.35为例,如果不考虑其他因素,计算出的输送机不下滑的煤层倾角应小于19 ,否则,会导致输送机下滑。2.2 支架的下滑与倾倒的控制条件

在支架不与顶板接触时,其下滑条件与输送机的下滑条件是一样的,即:当 =0.35时,煤层倾角大于19 支架将产生下滑。支架在该工作面自然状态下会发生下滑倾倒,所以移架过程是控制支架下滑倾倒的关键时期,必须使支架与顶板之间有一作用力,增大支架与顶板之间的摩擦力,防止支架下滑倾倒,因此必须采用带压擦顶移架,不允许支架顶梁与顶板脱离接触,但移架过程中支架支撑力过大,不利于支架可靠快速前移,必须求出支架最小剩余支撑力。

如图1所示,G 为支架所受重力;W 1为底板对支架底座的正压力;W 2为顶板对顶梁的正压力;

图1 支架受力示意

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为煤层倾角; 1为支架底座与底板间的摩擦系数; 2为顶板与支架间的摩擦系数;H 为支架实际支撑高度;H g 为支架重心高度;B 为支架底座宽度。

(1)支架不发生下滑的条件。

G sin ∀ 2W 2+(G co s +W 2) 1W 2#

(si n - 1co s )G

1+ 2

(2)支架不发生倾倒的条件。此时支架若发生倾倒必然以底座为轴线进行翻转,依据此条件列出

转矩方程为:

HW 2∃tan +H g G si n ∀(BW 2∃+GB cos )/2+H W 2∃ 2W 2∃∀

(B cos -2H g si n )G 2H tan -B -2H 2

式中,W 2∃tan 为支架对顶板压力沿倾角方向的分量。

从受力分析可以看出,支架在移架过程中的残

余支撑力至少为F #m ax (W 2),支架才不会发生下滑和倾倒。影响支架稳定性的主要因素为顶板对支架顶梁的压力或支架初撑力、支架底座宽度与支架支撑高度。支架的工作阻力越大,摩擦力就越大,底座越宽,采高越小,支架越稳定。

由公式可以看出,只要支架连锁为一体,就可满足支架不翻转倾倒的条件。由于支架重心不易测定,为安全起见,以支架高度H 代替H g ,得出结论:2架1组,支架不翻转倾倒条件为 <45 ;3架1组,支架不翻转倾倒条件为 <57 。二1 12050工作面局部倾角达到42 ,选用机头2架1组联锁,则可以保证支架不翻转不倾倒。

3 设备防倒防滑措施

3.1 支架方面

(1)由于工作面顶板比较破碎,采高较低,在实际回采中,采用支架安设防滑千斤顶、防倒千斤顶和后部斜拉千斤顶3种方式。

(2)工作面下端头前2架作为工作面支架防倒防滑的稳固点,是整个回采的基本点,是最关键的环节。采用机头2架连锁防倒防滑,作为整个工作面的最基本的锚固站是完全可靠的。

(3)加强第1架位置监控,每移完1次架,由专职人员观测机头第1架中心线距运输巷中心线距离。掌握工作面支架的移动趋势,防止支架无控制上窜下滑。3.2 回采工艺方面

(1)割煤。由于工作面倾角较大,由上向下割煤更易出现输送机的下滑。为了防止输送机下滑,采煤机割煤方式采用由下向上割煤,在工作面端部斜切进刀,往返1次为1个采煤循环的方式。

(2)工作面伪倾斜布置,并始终保持支架垂直于煤壁。拉架时由于伪斜而使支架上移,用以抵消下滑。顶溜时推移千斤顶的推力沿工作面向上分力与输送机下滑力相抵消,从而防止输送机下滑,操作时及时使用防输送机下滑千斤顶。实践表明,当工作面倾斜呈8~9 的伪斜时,与其他措施相配合,就消除了支架、输送机滑移,能较好地解决大倾角煤层液压支架及输送机下滑的问题。

(3)坚持推溜、移架由下至上的操作程序。从下往上推溜和移架,在推移过程中,有一向上分力来抵消下滑力。同时始终使支架在移支过程中以下方邻近支架为根基,保证支架不出现歪斜。3.3 管理方面

(1)严格控制采高,严禁超高采煤。保证支架顶梁与顶板充分接触,使支架有足够的初撑力。充分利用工作面支架防倒防滑装置控制工作面设备稳定。

(2)坚持带压擦顶移架,邻架操作方式。移架要及时,采煤机过后要及时移架,如果移架跟不上时,可停机移架。

(3)严格采面质量管理,保证采面%三直一平&,同时坚持拉线移架。

(4)工作面底板起伏变化大时,易形成台阶引起支架倾倒。及时利用支架底调、侧护,调整轻微咬架倒架,保证支架支护状态良好。

4 结语

(1)根据支架受力分析和工作面回采实际观测,影响支架稳定性的主要因素为顶板对支架顶梁的压力或支架的初撑力、支架底座宽度与支架支撑

高度。42 倾角的综采工作面,可采用端头前2架作为工作面支架防倒防滑的稳固点及带压擦顶移架,可以控制支架倾倒和下滑。

(2)从二1 12050工作面回采情况看,前2架连锁,采用防倒、防滑千斤顶和斜拉千斤顶3种方式,有效地保证了机头架稳定,满足了大倾角综采工作面要求。

(3)工作面中部支架移架分段由下向上,每移必调,利用侧护和底调及时调整支架中心距,保持输送机与支架垂直,移架时采用

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