高架顶梁抬起与支架运行的关系

高架顶梁抬起与支架运行的关系

高差角，高度角，高度角，向下平面，高度角。高架顶梁俯仰角的增大不仅降低了高架承载能力甚至损坏支架构件本身,且与直接顶稳定性相互影响。生产中两柱掩护式支架(平衡千斤顶具有保持支架整体结构稳定性和调整顶梁俯仰角功能)的顶梁俯仰角问题尤为突出。随着综采面不断向前推进,采场前方直接顶岩体不断过渡到机道上方成为端面直接顶,老顶断裂岩块失稳和支架反复支撑加剧端面直接顶采动裂隙的形成和发展,并使直接顶进入前期的变形破坏阶段。高架顶梁俯仰角不仅影响支架的承载特性,而且还是影响直接顶变形破坏的重要因素。因此,对高架顶梁俯仰角进行监控,实现支架工况合理运行已迫在眉睫。1坠落角与直接山顶破坏之间的关系(1)顶梁重顶梁破坏力学主要是由于顶板合力于顶梁后部引起的,其原因可能有:①老顶破断岩块发生回转变形失稳,支架顶梁为符合老顶的回转而出现抬头;②端面顶板破坏后使顶板压力作用点后移;③顶板平整性、支架自身支护性能和操作失误问题。顶梁抬头严重影响支架水平支护力对顶板的支护效果,恶化顶板受力状况和缩小支架有效支撑范围,端面直接顶变形破坏和支架向前后顶梁还有不断上抬的危险。随着老顶回转和顶梁仰角的不断加大,直接顶上位岩体在前、后区皆产生拉伸裂缝而使岩体向采空区方向运动和下沉。直接顶下位岩体在后区逐渐产生了张裂缝,在前区由于挤压和剪切应力作用亦产生裂缝。随着直接顶变形破坏的持续发展,直接顶岩体在前区(端面和煤壁上方)和后区形成纵向破碎带。模拟结果和现场实践表明,顶梁的仰起不利于直接顶变形破坏的控制,顶梁处于较佳工况应控制仰角γ≤5°,极限值不应超过10°。(2)顶梁破坏原因高架顶梁处于俯下(低头)工作状态主要是由于顶板合力作用于支架顶梁前部引起,其原因可能有:①老顶破断岩块发生滑落失稳,使直接顶岩体在前部发生滑移失稳和台阶下沉;②位于顶梁尾部上方的直接顶发生压剪破坏并冒入采空区;③顶板平整性、支架自身支护性能和操作失误问题。支架低头工作时一方面加大了端面空顶距,另方面使顶梁接顶面积减小和接顶状况恶化,降低了顶梁前端的支撑能力和支架整体支护力。随着老顶滑落失稳下沉量增大和支架顶梁低头加剧,端面直接顶在剪切和挤压作用下出现严重破坏。显然,支架顶梁低头十分不利于端面顶板控制,模拟结果和现场实践表明:顶梁处于较佳工况应控制俯角γ≥0°,即顶梁不应低头,顶梁俯角的极限范围是γ>-5°。2顶梁倾斜状态监测仪测试目前井下测量倾斜状态的仪器有:水泡、水平仪、罗盘、坡度规等。其中水泡、水平仪主要用来校准水平面的,而罗盘、坡度规则可量测具体倾角,但不能自动进行计算、显示、存储,测量精度受操作人员水平而异,更不能反映液压支架倾斜变化过程,为此我们研制开发了一种新的适用于井下支架倾斜状态监测的装置——KBF4倾斜状态监测仪。该仪器由磁敏电阻作为敏感元件构成倾角传感器,可将倾角传感器固定安装在液压支架顶梁上,对支架顶梁俯仰角进行监测,根据倾斜的程度输出不同的电信号,通过单片机进行显示、存储,以此来达到监测支架顶梁倾斜变化状态的目的。采用高性能磁敏电阻作为敏感元件,它不仅对磁场强度敏感,而且对磁场方向也非常敏感,利用自动摆驱动永磁体转动,使磁敏元件无接触地感应磁通量的变化,将永磁体与磁敏电阻相对转动角的变化转化成电阻值的变化,经过信号变换将倾角转换成电信号输出。由于结构上无触点,使传感器具有:①信噪比高;②对磁场感应强度不受环境中水、油、粉尘等介质的影响;③可靠性高、使用寿命长等特点,其结构见图1。用精密轴承同轴固定永磁体和自动摆锤,将磁敏电阻以一定间隙与半圆形永磁体完全同心固定在对应的位置上。当固定架由于外部倾斜发生转动时,自由摆始终与地面保持垂直,致使永磁体与磁敏元件间产生相对角位移,当永磁体在磁敏电阻上运动到不同位置时,等效电路图见图2,磁敏电阻阻值发生改变,导致输出信号与其对应发生变化,其输出关系为:VOUT=MR2VINMR1+MR2=VIN2+θ(β−1)π(β+1)VINVΟUΤ=ΜR2VΙΝΜR1+ΜR2=VΙΝ2+θ(β-1)π(β+1)VΙΝ该输出特性因永磁体覆盖圆形磁敏电阻MR相对面积随角度变化近似正弦规律,一定范围内(-45°～45°)可近似为线性规律,将输出信号送入单片机,经运算后可显示出倾斜的角度。倾斜状态监测仪原理框图如图3。该仪器经电子产品型式试验检测后表明,该仪器达到:(1)测试范围±45°;(2)测试精度:<1.5%FS。完全满足对支架倾斜状态的测试要求。3局部仰采角无仰斜开采,合理调控采高和发挥支架技术作用运用倾斜状态监测仪可根据现场情况对支架顶梁俯、仰角进行监测。采面临界仰角α0是反映支架-围岩系统支护参数、载荷场和地质条件的综合性指标,模拟实验和现场实测结果表明,当实际仰采角α大于临界值α0时,端面顶板难以形成稳定的冒落拱,端面顶板便会出现严重冒漏事故。导致综采面生产难以正常进行。为有效控制直接顶碎裂、冒顶,应根据现场实际情况尽可能地减小采面实际仰采角α和增大临界仰采角α0。减少采面实际仰采角α应在开采设计中力求避免仰斜开采,综合考虑地质条件设计选择合理的工作面推进方向,生产中在局部仰采角较大区域可通过合理调控采高减小α,增大临界仰采角α0的途径有:(1)增大顶板与支架顶梁间外摩擦角ρ0值。这可以通过改变顶梁表面形状、材料以及增加表面粗糙度来实现。ρ0最大值不应超过碎裂结构散体内摩擦角φ0,因ρ0大于φ0时,相对滑动就不会沿着顶梁表面发生,而是沿着碎裂岩块紧靠顶梁表面的一个面产生。此外,振动会降低支架顶梁与碎裂岩块之间外摩擦系数,因而割煤后支架应承压擦顶一次前移到位,平时不要随意操作支架。(2)可通过平衡千斤顶减少顶梁实际俯仰角γ。优化设计、合理操作平衡千斤顶和支架,保持良好顶板状态。(3)缩小实际端面距。通过使煤层主节理倾向煤壁、合理选择和使用支架护帮装置等措施减小煤体片帮深度;通过支架采用伸缩或折叠前梁、煤壁避免留伞沿、支架移到位和必要时超前移架以减小梁端距;通过保持顶梁良好接顶和处理冒顶洞穴以减少接顶距。(4)增大梁端支撑力和支架实际水平支护力。选择液压支架合理架型和参数,使梁端支撑力较大且具有较强自身调节能力,充分发挥额定初撑力和工作阻力并避免支架出现异常工况。(5)改善直接顶碎裂块度和载荷场。尽量减小超前支承压力和分层开采对直接顶破坏程度,减少支架对顶板的不必要扰动,必要时进行顶板加固和采空区充填。4顶梁顶顶控制(1)高架顶梁俯仰工况是支架-围岩系统控制的突出难题。它是高架支护和结构性能、操作因素、顶底板平整性和破坏冒顶状况及顶板压力共同作用的结果。高架顶梁俯仰工况既对高架有效承载产生不利影响,也不利于控制直接顶破坏冒落,实验室研究结果及现场实践表明:顶梁处于较佳工况应控制0°<γ<5°,极限范围为:-5≤γ≤10°。控制高架顶梁俯仰角应实现平衡千斤顶的优化设计、合理操作平衡千斤顶和支架及顶板保持良好状态。(2)采面实际仰采角α>临界仰采角α0时,端面顶板难以形成稳定的冒落拱并出现严重冒顶事故。α0是反映支架-围岩系统支护参数、载荷场和地质条件的综合性指标。仰采条件下有效