袁祥清1，姜锐2
（1.川煤集团广旺公司赵家坝煤矿安监处，四川广元，628206；
2.广元市安全生产监督管理局，四川广元，628000）
摘要：本文通过分析“四边形”柔性掩护支架在使用过程中的受力状态，总结了“四边形”柔性掩护支架在急倾斜煤层开采应用中存在的问题，并提出了相应的解决措施，对同类条件急倾斜煤层开采中应用“四边形”柔性掩护支架具有一定的参考价值。
关键词：柔性掩护支架急倾斜煤层问题对策
1基本概况
四川广旺能源发展（集团）有限责任公司赵家坝煤矿煤层平均真倾角50°局部达到58°，矿区有7#、8#、9#、10#、11#、12#六层可采或局部可采煤层，煤层顶底板为碳质泥岩夹煤线，松软易垮落，煤层走向变化大，赵家坝煤矿1978年开始推广使用柔性掩护支架采煤法，期间进行了改造和革新，现采用“四边形”柔性掩护支架进行开采。本文在分析柔性掩护支架架姿存在的诸多问题基础上，有针对性地提出了一些解决措施，对其它同类条件的柔性掩护支架开采提供一些参考。
2“四边形”柔性掩护支架的受力分析
采煤工作面按规程在完成开切眼施工后，安装掩护支架，柔性掩护支架安装时需上肢呈水平状态，经上拐点后转角下放成伪斜状态，当上拐点转入伪斜工作面，从上拐点开始，支架由水平状态转为垂直顶底板状态，支架产生了切入底板的分力，此时需及时支设控架支柱，使支架切入底板的分力向顶板方向分解，防止支架座底、倒架。但在工作面回采过程中由于顶板垮落的速度、周期和松散性有所差别，且受工作面炮眼布置、移架方式不当等影响易造成支架受力方向发生变化，进而造成柔性掩护支架仰架、趴架、悬空、倒架、多架等现象。
在工作面回采过程中，在煤壁侧未爆破前F1+F2+F3与N1+N2保持动态平衡，支架处于静止状态。在煤壁爆破后，煤壁支撑力降低，F3及F2的主动作用远大于N1+N2，支架向下运动。在支架向下运动过程中需要通过人为控制才能使其均匀下放，以达到理想下放位置，人为控制的方法主要是通过支设单体液压控架支柱和清理煤层顶底板来调整F2、N2、N1的方向。
F1——支架的自身重力；
F2——矸石下行推力；
F3——采空区矸石的重力；
N1——支架上肢与顶板的摩擦力；
N2——支架下肢与底板的摩擦力；
N3——支架在底板轴向方向上的作用力；
3回采过程中架姿架位控制存在的问题
3.1支架安装质量差
支架安装时，连接不牢固，成自由状态；螺栓不齐、不紧，未沿顶底板法线安装；螺杆、夹板等配件不齐，架间垫板质量差、缺失或支架间间距超标，当支架受力后，支架架姿就不能得到有效控制导致支架架姿偏倒。
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3.2采面坡度不一
人为因素造成采面坡度控制差：采面浮煤多，施工炮眼深度、炮眼间距不统一，放炮后煤壁坑包多等。采面坡度不一致，造成开采过程中支架下行行走速度不统一，支架沿走向的行走步距偏差大，支架仰俯角超过规定，出现多架、仰架、趴架现象。
3.2煤层底板不平
由于地质原因，造成煤层顶底板不平整，支架顶端、底端受力不一；人为因素造成控架质量差：煤壁爆破后，煤壁支撑力降低，操作人员未按规定支设单体液压控架支柱，支架顶梁、尾梁下行步距不一致，支架仰俯角偏大，导致工作面支架仰架、趴架。
4支架在回采过程中出现问题的解决对策及措施[2~4]
4.1强化各眼口的支架管理
工作面上下安全出口、各溜煤眼眼口因暴露面积大、支架控制是重点。上出口与工作面交界处必须做到“圆滑”过渡，最好的方法是使用绞车“带架”，防止支架在下行走量过大。下出口因为拆卸要将坡度控制在20°左右，必须使用单体液压支柱进行控架。各溜煤眼口折线度不得大于1米，必须进行二次走架，利用掩护支架支护顶板[7]。
4.2加强走架的过程控制
必须做到爆破一段走一段架，严禁走“大架”，只有将已爆破段支架行走到位后方可进行下一次爆破。走架时，要及时处理顶底板未爆破掉的煤矸，使顶底板保持平直，避免支架出现挂棚、坐底。
4.3利用单体液压支柱控架
掩护支架在工作面受力复杂，各点各段均不一样，要充分利用单体支柱来控制支架的行走、姿态。采高大于1.5米的工作面必须按5~7米支设一根单体支柱，在支架出现不正常时必须增设支撑柱、迈步支柱等，及时控制支柱形态[8]。
4.4处理仰架
通过在支架下肢与煤壁之间支设绷支使F2及F1在工作面伪斜方向的推力向顶板移动，同时增加N2调整支架状态，工作面爆破后由下向上逐步进行支设、放架，清理干净顶板伞檐，将支架均匀下放，使架姿恢复到正常架位。
4.5处理趴架
通过在支架上肢与煤壁之间支设支撑使F2与F1在工作面伪斜方向的推力向底板移动，同时增加N1调整支架状态，工作面爆破后由下向上逐步进行支设、放架，清理干净底板浮煤，将支架均匀下放，使架姿恢复到正常架位。
4.6处理悬空
通过在支架上肢、下肢与煤壁之间支设立撑和横向支撑使F2与F1在工作面伪斜方向的推力向煤壁移动，同时减少N1与N2调整支架状态，工作面爆破后由下向上逐步进行支设、放架，清理顶底板煤矸，保证顶底板平整，将支架均匀下放，使架姿恢复到正常架位。
4.7处理倒架
支架加工时，在上、下肢焊接处严格保证焊接质量。在支架安装初期，对支架接件进行检查，拧紧螺栓螺帽，压实压紧支架夹板。在工作面回采过程中，发现支架扭斜时需及时用点柱支撑，减少使F2与F1在工作面伪斜方向反方向的推力作用效果，同时减少N3切入底板的作用力，以调整支架使其恢复到正常状态。当支架部分离开钢丝绳时，必须及时用短钢丝绳将其两端用4～5个绳卡牢在主钢丝绳上，以保持支架结构完整。支架放架前将煤壁清挖平直，支架下放过程中严格由下向上依次放架，防止多点交错放架、支架整体下放不均造成倒架。
4.8处理多架
工作面上出口段用回柱绞车带架，上出口安架长度控制在2～4m范围内，工作面第一个溜煤眼段上尖子煤壁保证圆滑过渡，工作面各眼段倒角折线长度控制在1m范围内，各眼段协调推进，回采伪倾角保持一致，防止工作面下段起伏不均造成支架局部下滑，工作面上段回采调整过程中支架一次下滑较多，造成支架多架。当工作面出现多架时，应及时增大该段伪倾角，让支架逐步向下疏通，待回采至尾眼段时拆除多余支架，再将工作面伪倾角调整至正常状态。在此过程中，还需支设控架支柱来减小支架与顶底板之间的摩擦力N1和N2使支架向下疏通，同时控制支架向底板方向的切入力N3，以防止支架在多架疏通过程中上下肢同时移动。
5结语
实践证明，上述对策和措施既保证了采面掩护支架架姿的可靠性，又提高了安全生产标准化管理，同时促进了掩护支架采面的安全、质量、效能的改善。在同类条件下矿井急倾斜煤层开采中具有积极的指导意义。
参考文献
[1]徐永宁，马帅．多连杆铰接型可伸缩液压柔性掩护支架[J]．煤矿机械，2017，38（6）：103~104．
[2]钱鸣高，刘听成．矿山压力与控制[M]．北京：煤炭工业出版社，1991．
论文作者:袁祥清1，姜锐2
论文发表刊物:《科技新时代》2019年2期
论文发表时间:2019/4/10
标签：支架论文; 工作面论文; 底板论文; 掩护论文; 煤层论文; 柔性论文; 过程中论文; 《科技新时代》2019年2期论文;