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大傾角非穩(wěn)定軟煤綜放面傾倒支架的安全復(fù)位

文檔作者：負(fù)東風(fēng) 劉柱蘇普正孟曉軍張?jiān)? 文檔來(lái)源： 1．西安科技大學(xué)能源學(xué)院 2．教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月21日
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第25卷第1期
2016年1月
中 國(guó) 礦 業(yè)
CHINA M INING M AGAZINE
Vol_25，No．1
Jan． 2016
大傾角非穩(wěn)定軟煤綜放面傾倒支架的安全復(fù)位
負(fù)東風(fēng) 一，劉 柱 ，蘇普正 ，孟曉軍 ，張?jiān)?
(1． 西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西西安710054；
2． 教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西西安710054)
摘要：大傾角非穩(wěn)定軟煤綜放開采時(shí)，支架與圍巖系統(tǒng)的不穩(wěn)定導(dǎo)致支架易傾倒、下滑。工作面發(fā)
生倒架事故后，復(fù)位難度大，安全隱患多。分析研究長(zhǎng)山子煤礦1121大傾角軟煤綜放工作面傾倒支架在
安全復(fù)位過程中存在的主要危險(xiǎn)源。工作面支架復(fù)位時(shí)，針對(duì)存在的危險(xiǎn)源采取相應(yīng)的安全保障技術(shù)，確
保人員和設(shè)備安全。1121綜放工作面嚴(yán)格采用并落實(shí)安全保障技術(shù)，確保了傾倒支架的復(fù)位工作安全順
利進(jìn)行，支架恢復(fù)正常工作，保證了工作面的安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：大傾角；軟煤；綜放工作面；倒架；安全復(fù)位
中圖分類號(hào)：TD355 ．4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—4051(2016)0卜0131-04
Safety reduction of powered supports tipping in steeply dipping unsteady
soft seam fully m echanized caving face
YUN Dong—feng ，LIU Zhu ，SU Pu-zheng ，MENG Xiao—jun ，ZHANG Yuan-hao
(1． School of Energy， Xi’ an U niversity of Science and Technology， Xi’ an 710054，China；
2． Key Laboratory of W estern M ine Exploitation and Hazard Prevention M inistry of Education， Xi’ an 710054，China；)
Abstract：In steeply dipping soft seam fully mechanized caving face，support and surrounding rocks are
unstable cause powered supports stability decreased，supports are easily toppling and sliding．W hen the
working face occurred support toppling，righting support is very difficult and many hidden safety dangers．
Analysis the main dangerous sources in safety reduction of 1121 steeply dipping unsteady soft seam fully
mechanized caving face in Changshanzi coal mine．Based on existing dangerous sources，take relevant safety
guarantee technology to ensure staff and equipment safety in righting powered supports．Safety assurance
technology is strictly making and implement t in 1 1 2 1 fully mechanized caving face，to ensure the safety
during righting powered supports，powered supports recovered to normal work and ensure safety
production．
Key words： steeply dip； soft seam ； fully mechanized caving face； powered supports tipping；
safety reduction
由于大傾角煤層賦存的特殊性，大傾角煤層綜
放開采時(shí)存在著很多難題，其中之一就是工作面支
架穩(wěn)定性問題 ]。幾乎大傾角綜放工作面均發(fā)生過
支架傾倒的情況l2]，處理倒架事故難度大、時(shí)間長(zhǎng)。
支架復(fù)位時(shí)存在頂板抽冒、架間漏矸等安全隱患，
需要嚴(yán)格采用并落實(shí)相應(yīng)的安全保障技術(shù)，保證傾
倒支架的復(fù)位工作安全順利進(jìn)行_4 ]。
甘肅窯街煤電公司長(zhǎng)山子煤礦開采大傾角非
收稿日期：2015-03—13
作者簡(jiǎn)介：負(fù)東風(fēng)(1962一)，陜西臨潼人，教授，主要從事復(fù)雜煤層
開采、高動(dòng)壓巷道支護(hù)與采礦系統(tǒng)復(fù)雜性的教學(xué)與科研工作。
穩(wěn)定軟煤，首個(gè)綜放面剛推進(jìn)不足4m就發(fā)生嚴(yán)重
倒架事故，導(dǎo)致工作面生產(chǎn)癱瘓，被迫對(duì)傾倒支架
采取扶正處理，扶架持續(xù)了5O多天，給礦井造成巨
大損失。
1 工作面地質(zhì)和回采工藝
1．1 工作面地質(zhì)條件
長(zhǎng)山子煤礦1121工作面位于礦井11采區(qū)南
翼，主采煤二一 層，煤層厚度2．96～9．96m，平均厚
度4．1m，煤層傾角24～ 29。，平均28。；普氏系數(shù)
0．6～0．8。工作面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度530．8m，傾斜
長(zhǎng)度103m。工作面所采煤二～ 為三軟煤層，工作面
偽頂為黑色泥巖、砂巖，厚度為0～2．1m，直接頂為
132 中國(guó)礦業(yè) 第25卷
黑色泥巖、粉砂巖，平均厚度為3．51m。老頂為紫紅
色、雜色含礫粗砂巖，平均厚度為14．9m。工作面直
接底為灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖，平均厚度為7．48m，
煤層底板為灰色、灰綠色砂巖，厚度為O～35．84m。
1．2 回采工藝
1121工作面采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化放頂煤
采煤法，全部垮落法管理頂板。工作面采用
MG25O／600一QWD型采煤機(jī)由上向下單向割煤，截
深0．6m，工作面前后各安裝1部SGZ73O／2 X 200
型刮板輸送機(jī)運(yùn)煤。工作面安裝ZYF5OO0／l8／32
型低位放頂煤液壓支架59副，ZFG5600／19／32型
過渡支架2副，ZFT16000／20／32型端頭支架1副。
工作面采高2 8m，平均采放比為1：1，兩采一放，
放煤步距1．2m。
2 倒架過程
1121工作面是長(zhǎng)山子煤礦首個(gè)綜放面，該采面
于2013年7月21日結(jié)束安裝。工作面于7月23
日開始回采，8月6日中班工作面下段部分支架出
現(xiàn)擠架現(xiàn)象，尤其是端頭支架與過渡支架擠架嚴(yán)
重，中下段第11 ～15 支架出現(xiàn)倒架或咬架現(xiàn)象，
8月6日夜班工作面倒架程度進(jìn)一步加重，由11 ～
15 擴(kuò)展到9 ～36 支架，且伴有不同程度的咬架
現(xiàn)象(上鄰架頂梁鉆到下鄰架支柱側(cè)護(hù)板下或支架
下側(cè)護(hù)板擠壓下鄰架支柱和連桿)。到8月13日夜
班倒架現(xiàn)象擴(kuò)展至8 ～49 支架，倒架角度32～
57。，支架無(wú)法前移，致使工作面生產(chǎn)癱瘓。
3 倒架危害及支架復(fù)位困難
3．1 支架穩(wěn)定性分析
大傾角支架在自由狀態(tài)時(shí)，在受到重力G、底板
對(duì)其反作用力P。和底板對(duì)支架摩擦力廠 作用下
處于平衡狀態(tài)。此時(shí)支架的重心垂線在支架底座
內(nèi)。當(dāng)煤層傾角較大時(shí)，支架的重心將偏離底座的
邊緣，支架即處于失穩(wěn)狀態(tài)，見圖1。
(a)較小傾角受力狀態(tài) (b)較大傾角受力狀態(tài)
邶一工作面傾角；G一支架自重；P 、P 一底板反力；
B一支架寬度；H一支架高度；h一支架重心高度；
‘、￡一底板與支架摩擦力；b一支架重心線距底
座下邊緣距離
圖1 支架在不同傾角受力狀態(tài)
支架在自由狀態(tài)傾倒力矩M 見式(1)[7]。
M — G ·b (1)
式中，b一(B／2)cosa-hsine~。M=0時(shí)，支架重心支
架的重心線和底座的邊緣重合。M>0時(shí)，支架即
處于失穩(wěn)狀態(tài)。M<0時(shí)，支架處于穩(wěn)定狀態(tài)。
由式(1)可知，支架底座越寬，支架重心越低，
支架重量越輕，支架穩(wěn)定性越好，不易下滑傾倒。
大傾角煤層綜放開采時(shí)，低位放頂煤支架受到
放煤過程中煤流向下的分力的影響，支架尾梁受到
側(cè)向力的影響而發(fā)生側(cè)向擺動(dòng)，從而使支架扭斜，
支架穩(wěn)定性降低 ]。
3．2 倒架危害
液壓支架是工作面數(shù)量最多的設(shè)備，且其形式
為并聯(lián)但功能屬串聯(lián)系統(tǒng)。支護(hù)系統(tǒng)的可靠度隨
串聯(lián)的支架數(shù)量變大而降低。相對(duì)于近水平和緩
斜煤層工作面來(lái)說，大傾角煤層工作面液壓支架沿
傾向空間可活動(dòng)性大、位態(tài)復(fù)雜以及自穩(wěn)性差的特
點(diǎn)，導(dǎo)致工作面在生產(chǎn)過程中易發(fā)生支架傾倒的問
題。一旦工作面某個(gè)支架發(fā)生傾倒，勢(shì)必會(huì)引起相
鄰支架失穩(wěn)，導(dǎo)致工作面設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行甚至停
產(chǎn)，嚴(yán)重制約安全生產(chǎn)。
液壓支架傾倒是指頂梁與底座之間沿傾向發(fā)
生相對(duì)線位移并使支架沿傾向偏離煤層底板的法
線方向。支架傾斜角度由坡度規(guī)測(cè)量立柱的鉛垂
夾角得到。為了定量反映支架相對(duì)于工作面傾斜
面的傾倒程度，定義支架傾倒程度判定參數(shù)傾斜
度 ，見式(2)。
一 — a (2)
式中： 為工作面支架傾倒后傾斜角o)；a為工作面
支架正常工作時(shí)傾斜角o)。
當(dāng)時(shí)，支架傾倒；當(dāng)時(shí)，支架未發(fā)生失穩(wěn)傾倒；
當(dāng)時(shí)支架上仰。
液壓支架支架傾倒的同時(shí)，支架常發(fā)生擺動(dòng)
(偏斜)。支架偏斜角為支架立柱與工作面的夾角。
為了定量反映支架偏斜程度，定義支架擺動(dòng)程度判
定參數(shù)偏斜度口 ，見式(3)。
A7 一)，一90。 (3)
式中：y為工作面支架擺動(dòng)后傾斜角o)。,57>O時(shí)，
支架尾部下擺；當(dāng)△)，一0時(shí)，支架未下擺；當(dāng)2~7<0
時(shí)，支架尾部上擺。
3．3 支架復(fù)位困難
在支架復(fù)位過程中，支架降架使架間縫隙變
大，漏矸嚴(yán)重，架間隙維護(hù)更加困難，扶架難度急劇
增大。頂煤的漏冒容易導(dǎo)致支架頂梁失去頂板
(煤)約束而發(fā)生傾倒，然后支架受力狀態(tài)惡化、承
第1期 負(fù)東風(fēng)，等：大傾角非穩(wěn)定軟煤綜放面傾倒支架的安全復(fù)位
載性能下降又造成采面頂板(煤)發(fā)生進(jìn)一步漏冒。
支架在扶正后但未進(jìn)入實(shí)體煤之前，支架自穩(wěn)
能力差，不易保持穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生緩慢下滑或傾倒，
傾斜角緩慢變大，導(dǎo)致支架二次傾倒或下滑。
復(fù)位過程中支架頂部煤或矸石會(huì)大量漏冒，砸
壞管線和照明與通訊設(shè)備并堆積在支架間和機(jī)道，
不但加大了勞動(dòng)量，還會(huì)影響工作面的通風(fēng)和工作
人員安全
倒架期間工作面生產(chǎn)陷入癱瘓，工作面設(shè)備遭
受損壞，工作人員安全受到嚴(yán)重威脅，嚴(yán)重影響了
礦井安全生產(chǎn)，給礦井造成了巨大損失。
4 支架復(fù)位主要危險(xiǎn)源
大傾角非穩(wěn)定軟煤綜放面支架復(fù)位過程中，主
要存在以下危險(xiǎn)源。
1)頂板抽冒。1121綜放工作面所采煤二一。為
三軟煤層，工作面回采時(shí)頂板(煤)易破碎冒漏，導(dǎo)
致架頂空洞，誘發(fā)支架上部抽頂造成支架失穩(wěn)。由
于煤層開采角度較大，冒頂后的矸石易滾落傷人、
損壞設(shè)備等安全問題。
2)鋼絲繩崩斷。傾倒支架由絞車牽引扶正，受
到煤層傾角和支架自重的影響，工作面下部支架傾
倒力矩增大，絞車所提供的拉力增大。支架扶正
時(shí)，當(dāng)鋼絲繩受到的拉力大于其破斷拉力時(shí)，鋼絲
繩崩斷后出現(xiàn)傷人、損壞設(shè)備等安全問題。掛鉤受
較大載荷后變形破壞，導(dǎo)致鋼絲繩脫落傷人安全
問題。
3)架間漏矸。扶架時(shí)，傾倒支架被逐漸拉至正
常傾角，被扶正的支架與下方傾倒支架會(huì)出現(xiàn)一個(gè)
較大的間隙。當(dāng)間隙寬度超過側(cè)護(hù)板伸出長(zhǎng)度時(shí)，
支架頂梁上方的煤矸會(huì)從間隙漏冒下來(lái)，容易砸傷
工作人員和損壞設(shè)備。
4)單體支柱失穩(wěn)。單體支柱配合絞車上調(diào)傾
倒支架，單體支柱斜撐時(shí)受到較大的作用力，易出
現(xiàn)打滑、崩柱、斷裂等現(xiàn)象。支架扶正后，由于支架
接頂不實(shí)并不能夠?qū)崿F(xiàn)自穩(wěn)，單體支柱斜撐在支架
頂梁上，維持支架穩(wěn)定。
5)錨鏈破斷。采用絞車?yán)斄骸⒗锴Ы镯斃?
尾梁和單體支柱配合調(diào)架。拉溜千斤頂與支架采
用~26mm×92mm 錨鏈連接，錨鏈一端用20t的
“u”型環(huán)固定在拉溜油缸上，另一端環(huán)繞在支架尾
梁千斤頂上。支架扶正后，利用錨鏈在已扶起的每
兩付支架中，將支架底座進(jìn)行捆綁，增強(qiáng)支架穩(wěn)定
性。錨鏈?zhǔn)艿捷^大載荷時(shí)，易變形破斷。
6)支架后部下滑。扶架時(shí)采用絞車牽引支架
頂梁，由于支架后部較重，加劇支架尾部下擺。支
架下滑后增大扶架工作量并帶來(lái)安全隱患。
7)冒落煤巖塊下沖。大傾角綜放面在扶架期
間冒落煤巖塊沿工作面機(jī)道和人行道下沖時(shí)有發(fā)
生，安全隱患極大。
在支架復(fù)位期間，嚴(yán)格執(zhí)行動(dòng)態(tài)扶架方案，確
保扶架質(zhì)量，每班由質(zhì)量驗(yàn)收員跟蹤驗(yàn)收，嚴(yán)格測(cè)
量支架的傾斜度和偏斜度，動(dòng)態(tài)掌握扶架效果，及
時(shí)排查并消除安全隱患。
5 安全保障技術(shù)
支架復(fù)位時(shí)必須針對(duì)上述危險(xiǎn)源采取相應(yīng)的
安全保障技術(shù)，確保扶架安全可靠。
1)預(yù)防頂板抽冒。工作面冒頂后造成支架頂
梁上方形成空洞，增加了支架的自由度。為了防止
支架頂部冒空造成支架傾倒，在全工作面煤幫和支
架頂梁前方頂板掛雙層金屬網(wǎng)，并打錨桿固定頂板
防止抽冒。錨桿采用~20mm×1800mm左旋無(wú)縱
筋玻璃鋼錨桿，間距為1．5m，排距與刷幫后的深度
一致，見圖2。支架尾梁通過架縫掛單層金屬網(wǎng)，防
止尾梁頂部及采空區(qū)側(cè)煤矸冒落。通過移架，當(dāng)前
梁側(cè)的金屬網(wǎng)處于尾梁部位時(shí)，停止尾梁側(cè)的掛網(wǎng)
工作。
1一液壓支架；2一錨鏈；3一單體支柱；4一金屬網(wǎng)；5一錨桿
圖2 用戧柱及錨鏈穩(wěn)固已扶正支架
2)預(yù)防鋼絲繩拉斷。鋼絲繩使用之前必須檢
查鋼絲繩的磨損、腐蝕、斷絲程度，嚴(yán)禁使用不合格
鋼絲繩。絞車底座要穩(wěn)固，絞車運(yùn)行必須可靠，杜
絕誤操作。拉掛點(diǎn)要選擇適當(dāng)，使用高強(qiáng)掛鉤確保
連接可靠。絞車牽引支架時(shí)，禁止附近人員走動(dòng)。
3)預(yù)防架間漏矸。采用固化劑對(duì)頂板進(jìn)行固
化，架前冒頂區(qū)域采用板材進(jìn)行“井”字形絞頂。拉
扶支架前，在兩支架間掛雙層金屬網(wǎng)；當(dāng)支架被拉
扶至一定角度，相鄰支架間隙達(dá)到約20cm 時(shí)，架間
就漏出煤矸網(wǎng)兜(圖3)，立即停止拉扶，并進(jìn)行處
理。方法是將半圓木和板皮等支護(hù)材料充實(shí)支架
間隙，鋪金屬網(wǎng)并用單體液壓支柱支撐。防止支架
上方破碎頂板落下傷人，確保人員在安全的條件下
134 中國(guó)礦業(yè) 第25卷
操作。
圖3 架間漏出煤矸網(wǎng)兜
4)預(yù)防單體支柱失穩(wěn)。使用單體支柱調(diào)架時(shí)，
選擇合理可靠的柱根打設(shè)位置，支柱底部墊150ram
×150ram×10mm 的木墊板，工作面所有單體支柱
都必須拴安全繩，防止發(fā)生支架打滑、崩柱現(xiàn)象。
單體支柱注液時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作，人員要站在被調(diào)
支架側(cè)上方的安全地點(diǎn)，嚴(yán)禁支架強(qiáng)升、強(qiáng)降、強(qiáng)
拉，嚴(yán)禁單體支柱受力過載，確保支柱可靠。扶架
前對(duì)所扶支架斜頂?shù)膯误w支柱進(jìn)行全面檢查，不得
出現(xiàn)卸載、串液、漏液等現(xiàn)象。
5)預(yù)防錨鏈破斷。要用新錨鏈并嚴(yán)格檢查錨
鏈質(zhì)量，鏈環(huán)無(wú)殘次缺陷。鏈條要系在支架連桿上
以防彈跳。鏈條附近嚴(yán)禁站人。
6)預(yù)防支架后部下滑。采用千斤頂配合錨鏈
拉尾梁以防支架下滑。
7)預(yù)防冒落煤巖塊下沖。大傾角綜放面在扶
架期間在機(jī)道嚴(yán)格設(shè)隔擋。隔擋用單體柱、板材和
柔性網(wǎng)搭建而成，以防冒落煤巖塊沿機(jī)道下沖，確
保人員和設(shè)備的安全。
長(zhǎng)山子煤礦1121綜放工作面采用上述安全保
障技術(shù)確保了歷時(shí)50多天扶架期問的安全，未發(fā)生
重傷及以上事故。
6 結(jié) 論
1)大傾角非穩(wěn)定軟煤綜放開采時(shí)，支架穩(wěn)定性
差易傾倒下滑。工作面發(fā)生倒架事故后，生產(chǎn)停
頓，安全隱患極大。
2)處理倒架事故難度大、時(shí)間長(zhǎng)，支架扶正時(shí)
存在頂板抽冒、架間漏矸、冒落煤巖塊下沖等多種
危險(xiǎn)源。
3)通過分析扶架時(shí)存在的安全隱患，并采取相
應(yīng)的安全保障技術(shù)，確保支架復(fù)位時(shí)人員和設(shè)備的
安全。
4)1121綜放工作面采取了多項(xiàng)安全保障技術(shù)，
在50多天的扶架過程未發(fā)生重傷及以上事故。
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米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米來(lái)米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米
(上接第124頁(yè))
中，需要加強(qiáng)對(duì)上述成份的監(jiān)測(cè)，采取綜合利用
措施。
這類元素以微細(xì)粒礦物或硫化礦物的形式存
在，各礦區(qū)不同礦段以不同分配率的形式存在于鈦
磁鐵礦、硫化物(以磁黃鐵礦、黃鐵礦為主)和脈石
中——一其中又以磁黃鐵礦、黃鐵礦為富集平臺(tái)和載
體，故應(yīng)以這2類礦物作為硫、鈷、鎳、銅元素的回收
目標(biāo)。
脈石中鈷、鎳、銅必須服從鐵、鈦選礦工藝的要
求丟棄，鐵精礦中的鈷、鎳、銅進(jìn)入冶煉流程沒有回
收。在現(xiàn)選礦工藝中，唯一有提升空間的是進(jìn)一步
提高以硫精礦為載體的鈷、鎳、銅元素的精礦品位
和回收率。但是選鈦流程中浮硫作業(yè)放在二段強(qiáng)
磁之后選鈦之前，經(jīng)幾段弱磁、強(qiáng)磁工藝后，大部份
磁黃鐵礦已散落于鐵精礦、次鐵精礦、鈦精礦和先
拋尾礦中。如果把硫精礦作為回收對(duì)象，回收硫化
物的作業(yè)放在何處應(yīng)是值得思考和試驗(yàn)的問題。
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參考文獻(xiàn)
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