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[摘 要]介绍了大倾角、大采高条件下综采液压支架与围岩关系，给出了大倾角、大采高条件下支架失稳的类型和影响因素，提出了防止大倾角、大采高条件下综采液压支架失稳的措施。
[关键词]大倾角 大采高 支架与围岩关系 稳定性 防倒防滑
中图分类号：TU998.14 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0301-01
引言
我国国有重点煤矿厚煤层储量占44%，产量占45%以上， 绝大多数高产、高效矿井是在以厚煤层开采为主的生产条件下实现的。在厚煤层储量中大倾角煤层又占有很大比重，研究大倾角、大采高综采技术对建设高产、高效矿井、减少煤炭损失、减少巷道掘进量、集中生产和提高自动化水平具有积极的作用。
1 大倾角、大采高矿压显现规律和直接顶、基本顶与支架的相互作用
论文[1～2]通过砌体梁模型得出了大倾角、大采高开采矿压显现规律和直接顶、基本顶与支架的相互作用。
1.1 大倾角、大采高开采矿压显现规律
（1）大倾角厚煤层长壁开采工作面沿走向的矿山压力显现特征，具有初次来压和周期性矿压显现，来压强度大，规律性强。由于岩层顶板的分层垮落特性，原直接顶岩层垮落后不能充满采空区时，一定厚度的下位老顶岩层将作为规则垮落带来弥补采空区充填的不足，直接顶的厚度增加，但直接与支架作用的仍是完整的直接顶岩石，具有较好的传力效果，因而矿压显现明显增大。矿压显现呈现“先中部”、“次上部”、“再下部”的基本特征；工作面支架的工作阻力利用率变化幅度大，且呈中部区域高、向两边延伸逐渐降低的趋势，在工作面上部区域，由于支架与围岩接触条件多变支架工作阻力利用率最低；工作面中、上部区域岩层活动剧烈，支架受载状态多变，有时可能出现局部冲击。
（2）大倾角厚煤层煤层走向长壁工作面开采初次来压和周期来压强度取决于顶板岩层中老顶的岩性、厚度、上覆岩层荷载、采高、“结构”极限稳定跨距以及老顶形成的层位等。与缓倾斜厚煤层开采时相比，在顶板条件相同时，老顶来压的步距较大，持续时间较长，但来压强度较同样岩性及生产技术条件下的缓倾斜厚煤层要小。
（3）大倾角煤层走向长壁工作面开采时在工作面倾斜方向由于支撑条件不同，在工作面倾斜方向的不同位置，老顶形成的层位是变化的，因此老顶的运动及其对下位“岩层结构”的作用和对工作面的影响是不同的。通常情况下，不论工作面为直线布置还是伪斜布置，其工作面倾斜中、上部区域的矿压显现要明显大于下部区域。
（4）当工作面倾斜中部或中上部区域顶板岩层中老顶处于剧烈运动的非稳定状态时，工作面倾斜下部区域顶板内相应层位的岩层则仍处于相对稳定的状态，相隔一段时间后，工作面下部区域才出现来压显现特征。
1.2 大倾角、大采高开采直接顶与支架的相互作用
支架对采场顶板支护后，较采空区范围内顶板应力降低幅度较小，在工作面中下部区域，应力值高于工作面中上部区域，上部区域应力值最小，在支架支护下，围岩应力呈现非均匀分布现象，说明在大倾角工作面支架受力具有不均衡特征。大倾角煤层工作面支架具有明显的倾向倾倒趋势，同时中上部区域支架有底座向倾斜上部运动的趋势，随着采高的增加，支架倾倒位移量也随之增加。
1.3 大倾角、大采高开采基本顶与支架的相互作用
老顶垮落后，在走向上前方岩层与未垮顶板铰接形成结构并与支架发生相互作用，后方则以底板为支撑；老顶对支架的作用形式有所不同，在倾斜下部，支架是以直接顶为传力媒介对基本顶进行作用的，而在倾斜中上部则是直接与支架接触进行施载的，在此范围内，由于岩块运移空间大，老顶的破断对支架作用有冲击的可能性。
1.4 大倾角、大采高开采煤壁片帮机理及与支架的关系
煤壁片帮是受采高、节理发育程度、老顶回转角和工作面推进速度等因素共同影响的结果。工作面正常推采，煤壁前方产生应力集中，煤壁一定深度内的煤体首先破坏，呈格里菲斯强度破坏特征，出现裂隙，产生塑性区，当加大工作面的采高时，煤壁前方支承应力集中程度也随之增大，塑性区逐渐扩展，塑性区范围煤体处于极限平衡状态，在没有支架护帮的条件下，稍受扰动滑落。在围岩压力一定的情况下，煤体节理裂隙越发育，破裂面与节理面不平行而存在一定的夹角，破裂面则会与节理面相割，使支承压力高峰区的煤体形成块状结构，由于煤壁前方存在自由面，块状煤体则会在水平拉应力的作用下挤出煤体，形成煤壁片帮。
2 大倾角、大采高液压支架的稳定性分析
大倾角大采高液压支架在井下使用中分为横向稳定和纵向稳定两类。
2.1 影响大倾角、大采高液压支架横向失稳的因素
大倾角大采高工作面直接顶的稳定程度和片帮程度是影响支架横向失稳的重要因素。直接顶和煤壁给支架的反力是维持支架稳定的重要因素。当支架立柱前方区域直接顶冒空部使支架得不到应有的附加反力时， 顶梁将不断抬头，支架重心提高，在支架向前移架时易向前趴，造成支架横向失稳。
2.2 影响大倾角、大采高液压支架纵向失稳的因素
（1）大倾角厚煤层综采工作面，由于特殊的地质条件，支架在工作面受到上覆岩层的重力作用，重力沿法向及切向的分量随倾角的变化而变化。倾角增大，支架所受的切向分力增大，法向分力减小，从而向下的下滑力增大，加大支架侧向载荷，导致支架倾覆，造成纵向失稳。
（2）工作面中间支架受上下支架侧护板的作用，有利于防止支架纵向失稳，但是工作面两端头支架不能同时受上下侧护板的作用，因此在回采过程中要采取措施防止端头支架发生纵向失稳。
（3）由于支架的支撑高度大，支架各部件的连接销轴与孔存在轴向间隙和径向间隙，即使在水平的工作条件下，支架也会产生歪斜、扭转甚至倒架。
（4）由于支架推移杆与运输机通过鱼口连在一起，在大倾角、大采高回采条件下运输机下滑造成支架推移杆下偏，此时若不及时调架将可能造成支架在推移杆的导向作用下向下歪斜，同时又增大了运输机的下滑量。
3 给定大倾角、大采高工作面和支架选型条件下，增加支架稳定性措施
3.1 选用合理回采工艺
选择合适的伪斜角度可以抵消运输机的下滑，同时有利于溜头支架的稳定和维护。割煤时保证上下端头进度相同，严禁机头过于超前机尾，防止工作面运输机上窜；严禁机头过于落后机尾，防止工作面运输机下滑。采取单向割煤方式，即采煤机下行割煤，上行跑空刀，及时停机分段移架移输送机。
3.2 支架防倒措施
溜头五组支架使用防倒千斤顶，溜头移架时先移2#架，后移1#、3#架，确保溜头支架稳定可靠。正常割煤时保证支架顶侧护板千斤顶伸开，确保架间没有间隙，使其没有倾倒的空间，移架时使用好防倒防滑装置。及时通过支架调架装置调整支架角度，保持支架推移杆与溜子平行。
3.3 支架防滑措施
工作面支架每10组安设一套防滑装置，它是由千斤顶、圆环链和控制阀组成。其一端与运输机中部槽连接，另一端则与液压支架底座箱相连，推移工作面输送机时将防滑千斤顶拉紧。
3.4 及时支护顶板
采用及时支护的方式并确保支架初撑力，可以有效降低直接顶暴露的时间和防止直接顶和煤壁裂隙的扩展，就有可能避免支架上方直接顶破碎和煤壁的片帮的发生，在基本顶来压时效果更明显。
4 结论
液压支架的稳定性是大倾角大采高综采工作面煤层开采和围岩控制的基础，也是采煤工艺中的重点和难点。通过对大倾角大采高工作面支架围岩关系的揭示和对液压支架失稳类型和原因的分析，从生产工艺、防倒防滑装置等方面提出了增强支架稳定性，避免支架倾倒、下滑的措施。在一定程度上解决了大倾角大采高综采工作面液压支架的失稳问题。
参考文献
[1] 解盘石.大倾角煤层长壁开采覆岩结构及其稳定性研究[D].西安：西安科技大学.
[2] 夏均民.大采高综采围岩控制与支架适应性研究[D].青岛：山东科技大学，2004.
[3] 赵宏珠.液压支架工作阻力[M]，中国矿业大学出版社，1988，7-81.
[4] 仲崇岩，大倾角综放工作面液压支架稳定性控制技术[J].能源与节能，2011，11（37）：15.
[关键词]大倾角 大采高 支架与围岩关系 稳定性 防倒防滑
中图分类号：TU998.14 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0301-01
引言
我国国有重点煤矿厚煤层储量占44%，产量占45%以上， 绝大多数高产、高效矿井是在以厚煤层开采为主的生产条件下实现的。在厚煤层储量中大倾角煤层又占有很大比重，研究大倾角、大采高综采技术对建设高产、高效矿井、减少煤炭损失、减少巷道掘进量、集中生产和提高自动化水平具有积极的作用。
1 大倾角、大采高矿压显现规律和直接顶、基本顶与支架的相互作用
论文[1～2]通过砌体梁模型得出了大倾角、大采高开采矿压显现规律和直接顶、基本顶与支架的相互作用。
1.1 大倾角、大采高开采矿压显现规律
（1）大倾角厚煤层长壁开采工作面沿走向的矿山压力显现特征，具有初次来压和周期性矿压显现，来压强度大，规律性强。由于岩层顶板的分层垮落特性，原直接顶岩层垮落后不能充满采空区时，一定厚度的下位老顶岩层将作为规则垮落带来弥补采空区充填的不足，直接顶的厚度增加，但直接与支架作用的仍是完整的直接顶岩石，具有较好的传力效果，因而矿压显现明显增大。矿压显现呈现“先中部”、“次上部”、“再下部”的基本特征；工作面支架的工作阻力利用率变化幅度大，且呈中部区域高、向两边延伸逐渐降低的趋势，在工作面上部区域，由于支架与围岩接触条件多变支架工作阻力利用率最低；工作面中、上部区域岩层活动剧烈，支架受载状态多变，有时可能出现局部冲击。
（2）大倾角厚煤层煤层走向长壁工作面开采初次来压和周期来压强度取决于顶板岩层中老顶的岩性、厚度、上覆岩层荷载、采高、“结构”极限稳定跨距以及老顶形成的层位等。与缓倾斜厚煤层开采时相比，在顶板条件相同时，老顶来压的步距较大，持续时间较长，但来压强度较同样岩性及生产技术条件下的缓倾斜厚煤层要小。
（3）大倾角煤层走向长壁工作面开采时在工作面倾斜方向由于支撑条件不同，在工作面倾斜方向的不同位置，老顶形成的层位是变化的，因此老顶的运动及其对下位“岩层结构”的作用和对工作面的影响是不同的。通常情况下，不论工作面为直线布置还是伪斜布置，其工作面倾斜中、上部区域的矿压显现要明显大于下部区域。
（4）当工作面倾斜中部或中上部区域顶板岩层中老顶处于剧烈运动的非稳定状态时，工作面倾斜下部区域顶板内相应层位的岩层则仍处于相对稳定的状态，相隔一段时间后，工作面下部区域才出现来压显现特征。
1.2 大倾角、大采高开采直接顶与支架的相互作用
支架对采场顶板支护后，较采空区范围内顶板应力降低幅度较小，在工作面中下部区域，应力值高于工作面中上部区域，上部区域应力值最小，在支架支护下，围岩应力呈现非均匀分布现象，说明在大倾角工作面支架受力具有不均衡特征。大倾角煤层工作面支架具有明显的倾向倾倒趋势，同时中上部区域支架有底座向倾斜上部运动的趋势，随着采高的增加，支架倾倒位移量也随之增加。
1.3 大倾角、大采高开采基本顶与支架的相互作用
老顶垮落后，在走向上前方岩层与未垮顶板铰接形成结构并与支架发生相互作用，后方则以底板为支撑；老顶对支架的作用形式有所不同，在倾斜下部，支架是以直接顶为传力媒介对基本顶进行作用的，而在倾斜中上部则是直接与支架接触进行施载的，在此范围内，由于岩块运移空间大，老顶的破断对支架作用有冲击的可能性。
1.4 大倾角、大采高开采煤壁片帮机理及与支架的关系
煤壁片帮是受采高、节理发育程度、老顶回转角和工作面推进速度等因素共同影响的结果。工作面正常推采，煤壁前方产生应力集中，煤壁一定深度内的煤体首先破坏，呈格里菲斯强度破坏特征，出现裂隙，产生塑性区，当加大工作面的采高时，煤壁前方支承应力集中程度也随之增大，塑性区逐渐扩展，塑性区范围煤体处于极限平衡状态，在没有支架护帮的条件下，稍受扰动滑落。在围岩压力一定的情况下，煤体节理裂隙越发育，破裂面与节理面不平行而存在一定的夹角，破裂面则会与节理面相割，使支承压力高峰区的煤体形成块状结构，由于煤壁前方存在自由面，块状煤体则会在水平拉应力的作用下挤出煤体，形成煤壁片帮。
2 大倾角、大采高液压支架的稳定性分析
大倾角大采高液压支架在井下使用中分为横向稳定和纵向稳定两类。
2.1 影响大倾角、大采高液压支架横向失稳的因素
大倾角大采高工作面直接顶的稳定程度和片帮程度是影响支架横向失稳的重要因素。直接顶和煤壁给支架的反力是维持支架稳定的重要因素。当支架立柱前方区域直接顶冒空部使支架得不到应有的附加反力时， 顶梁将不断抬头，支架重心提高，在支架向前移架时易向前趴，造成支架横向失稳。
2.2 影响大倾角、大采高液压支架纵向失稳的因素
（1）大倾角厚煤层综采工作面，由于特殊的地质条件，支架在工作面受到上覆岩层的重力作用，重力沿法向及切向的分量随倾角的变化而变化。倾角增大，支架所受的切向分力增大，法向分力减小，从而向下的下滑力增大，加大支架侧向载荷，导致支架倾覆，造成纵向失稳。
（2）工作面中间支架受上下支架侧护板的作用，有利于防止支架纵向失稳，但是工作面两端头支架不能同时受上下侧护板的作用，因此在回采过程中要采取措施防止端头支架发生纵向失稳。
（3）由于支架的支撑高度大，支架各部件的连接销轴与孔存在轴向间隙和径向间隙，即使在水平的工作条件下，支架也会产生歪斜、扭转甚至倒架。
（4）由于支架推移杆与运输机通过鱼口连在一起，在大倾角、大采高回采条件下运输机下滑造成支架推移杆下偏，此时若不及时调架将可能造成支架在推移杆的导向作用下向下歪斜，同时又增大了运输机的下滑量。
3 给定大倾角、大采高工作面和支架选型条件下，增加支架稳定性措施
3.1 选用合理回采工艺
选择合适的伪斜角度可以抵消运输机的下滑，同时有利于溜头支架的稳定和维护。割煤时保证上下端头进度相同，严禁机头过于超前机尾，防止工作面运输机上窜；严禁机头过于落后机尾，防止工作面运输机下滑。采取单向割煤方式，即采煤机下行割煤，上行跑空刀，及时停机分段移架移输送机。
3.2 支架防倒措施
溜头五组支架使用防倒千斤顶，溜头移架时先移2#架，后移1#、3#架，确保溜头支架稳定可靠。正常割煤时保证支架顶侧护板千斤顶伸开，确保架间没有间隙，使其没有倾倒的空间，移架时使用好防倒防滑装置。及时通过支架调架装置调整支架角度，保持支架推移杆与溜子平行。
3.3 支架防滑措施
工作面支架每10组安设一套防滑装置，它是由千斤顶、圆环链和控制阀组成。其一端与运输机中部槽连接，另一端则与液压支架底座箱相连，推移工作面输送机时将防滑千斤顶拉紧。
3.4 及时支护顶板
采用及时支护的方式并确保支架初撑力，可以有效降低直接顶暴露的时间和防止直接顶和煤壁裂隙的扩展，就有可能避免支架上方直接顶破碎和煤壁的片帮的发生，在基本顶来压时效果更明显。
4 结论
液压支架的稳定性是大倾角大采高综采工作面煤层开采和围岩控制的基础，也是采煤工艺中的重点和难点。通过对大倾角大采高工作面支架围岩关系的揭示和对液压支架失稳类型和原因的分析，从生产工艺、防倒防滑装置等方面提出了增强支架稳定性，避免支架倾倒、下滑的措施。在一定程度上解决了大倾角大采高综采工作面液压支架的失稳问题。
参考文献
[1] 解盘石.大倾角煤层长壁开采覆岩结构及其稳定性研究[D].西安：西安科技大学.
[2] 夏均民.大采高综采围岩控制与支架适应性研究[D].青岛：山东科技大学，2004.
[3] 赵宏珠.液压支架工作阻力[M]，中国矿业大学出版社，1988，7-81.
[4] 仲崇岩，大倾角综放工作面液压支架稳定性控制技术[J].能源与节能，2011，11（37）：15.