高架頂梁抬起與支架運行的關(guān)系

高架頂梁抬起與支架運行的關(guān)系

高差角，高度角，高度角，向下平面，高度角。高架頂梁俯仰角的增大不僅降低了高架承載能力甚至損壞支架構(gòu)件本身,且與直接頂穩(wěn)定性相互影響。生產(chǎn)中兩柱掩護式支架(平衡千斤頂具有保持支架整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和調(diào)整頂梁俯仰角功能)的頂梁俯仰角問題尤為突出。隨著綜采面不斷向前推進,采場前方直接頂巖體不斷過渡到機道上方成為端面直接頂,老頂斷裂巖塊失穩(wěn)和支架反復支撐加劇端面直接頂采動裂隙的形成和發(fā)展,并使直接頂進入前期的變形破壞階段。高架頂梁俯仰角不僅影響支架的承載特性,而且還是影響直接頂變形破壞的重要因素。因此,對高架頂梁俯仰角進行監(jiān)控,實現(xiàn)支架工況合理運行已迫在眉睫。1墜落角與直接山頂破壞之間的關(guān)系(1)頂梁重頂梁破壞力學主要是由于頂板合力于頂梁后部引起的,其原因可能有:①老頂破斷巖塊發(fā)生回轉(zhuǎn)變形失穩(wěn),支架頂梁為符合老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)而出現(xiàn)抬頭;②端面頂板破壞后使頂板壓力作用點后移;③頂板平整性、支架自身支護性能和操作失誤問題。頂梁抬頭嚴重影響支架水平支護力對頂板的支護效果,惡化頂板受力狀況和縮小支架有效支撐范圍,端面直接頂變形破壞和支架向前后頂梁還有不斷上抬的危險。隨著老頂回轉(zhuǎn)和頂梁仰角的不斷加大,直接頂上位巖體在前、后區(qū)皆產(chǎn)生拉伸裂縫而使巖體向采空區(qū)方向運動和下沉。直接頂下位巖體在后區(qū)逐漸產(chǎn)生了張裂縫,在前區(qū)由于擠壓和剪切應力作用亦產(chǎn)生裂縫。隨著直接頂變形破壞的持續(xù)發(fā)展,直接頂巖體在前區(qū)(端面和煤壁上方)和后區(qū)形成縱向破碎帶。模擬結(jié)果和現(xiàn)場實踐表明,頂梁的仰起不利于直接頂變形破壞的控制,頂梁處于較佳工況應控制仰角γ≤5°,極限值不應超過10°。(2)頂梁破壞原因高架頂梁處于俯下(低頭)工作狀態(tài)主要是由于頂板合力作用于支架頂梁前部引起,其原因可能有:①老頂破斷巖塊發(fā)生滑落失穩(wěn),使直接頂巖體在前部發(fā)生滑移失穩(wěn)和臺階下沉;②位于頂梁尾部上方的直接頂發(fā)生壓剪破壞并冒入采空區(qū);③頂板平整性、支架自身支護性能和操作失誤問題。支架低頭工作時一方面加大了端面空頂距,另方面使頂梁接頂面積減小和接頂狀況惡化,降低了頂梁前端的支撐能力和支架整體支護力。隨著老頂滑落失穩(wěn)下沉量增大和支架頂梁低頭加劇,端面直接頂在剪切和擠壓作用下出現(xiàn)嚴重破壞。顯然,支架頂梁低頭十分不利于端面頂板控制,模擬結(jié)果和現(xiàn)場實踐表明:頂梁處于較佳工況應控制俯角γ≥0°,即頂梁不應低頭,頂梁俯角的極限范圍是γ>-5°。2頂梁傾斜狀態(tài)監(jiān)測儀測試目前井下測量傾斜狀態(tài)的儀器有:水泡、水平儀、羅盤、坡度規(guī)等。其中水泡、水平儀主要用來校準水平面的,而羅盤、坡度規(guī)則可量測具體傾角,但不能自動進行計算、顯示、存儲,測量精度受操作人員水平而異,更不能反映液壓支架傾斜變化過程,為此我們研制開發(fā)了一種新的適用于井下支架傾斜狀態(tài)監(jiān)測的裝置——KBF4傾斜狀態(tài)監(jiān)測儀。該儀器由磁敏電阻作為敏感元件構(gòu)成傾角傳感器,可將傾角傳感器固定安裝在液壓支架頂梁上,對支架頂梁俯仰角進行監(jiān)測,根據(jù)傾斜的程度輸出不同的電信號,通過單片機進行顯示、存儲,以此來達到監(jiān)測支架頂梁傾斜變化狀態(tài)的目的。采用高性能磁敏電阻作為敏感元件,它不僅對磁場強度敏感,而且對磁場方向也非常敏感,利用自動擺驅(qū)動永磁體轉(zhuǎn)動,使磁敏元件無接觸地感應磁通量的變化,將永磁體與磁敏電阻相對轉(zhuǎn)動角的變化轉(zhuǎn)化成電阻值的變化,經(jīng)過信號變換將傾角轉(zhuǎn)換成電信號輸出。由于結(jié)構(gòu)上無觸點,使傳感器具有:①信噪比高;②對磁場感應強度不受環(huán)境中水、油、粉塵等介質(zhì)的影響;③可靠性高、使用壽命長等特點,其結(jié)構(gòu)見圖1。用精密軸承同軸固定永磁體和自動擺錘,將磁敏電阻以一定間隙與半圓形永磁體完全同心固定在對應的位置上。當固定架由于外部傾斜發(fā)生轉(zhuǎn)動時,自由擺始終與地面保持垂直,致使永磁體與磁敏元件間產(chǎn)生相對角位移,當永磁體在磁敏電阻上運動到不同位置時,等效電路圖見圖2,磁敏電阻阻值發(fā)生改變,導致輸出信號與其對應發(fā)生變化,其輸出關(guān)系為:VOUT=MR2VINMR1+MR2=VIN2+θ(β?1)π(β+1)VINVΟUΤ=ΜR2VΙΝΜR1+ΜR2=VΙΝ2+θ(β-1)π(β+1)VΙΝ該輸出特性因永磁體覆蓋圓形磁敏電阻MR相對面積隨角度變化近似正弦規(guī)律,一定范圍內(nèi)(-45°～45°)可近似為線性規(guī)律,將輸出信號送入單片機,經(jīng)運算后可顯示出傾斜的角度。傾斜狀態(tài)監(jiān)測儀原理框圖如圖3。該儀器經(jīng)電子產(chǎn)品型式試驗檢測后表明,該儀器達到:(1)測試范圍±45°;(2)測試精度:<1.5%FS。完全滿足對支架傾斜狀態(tài)的測試要求。3局部仰采角無仰斜開采,合理調(diào)控采高和發(fā)揮支架技術(shù)作用運用傾斜狀態(tài)監(jiān)測儀可根據(jù)現(xiàn)場情況對支架頂梁俯、仰角進行監(jiān)測。采面臨界仰角α0是反映支架-圍巖系統(tǒng)支護參數(shù)、載荷場和地質(zhì)條件的綜合性指標,模擬實驗和現(xiàn)場實測結(jié)果表明,當實際仰采角α大于臨界值α0時,端面頂板難以形成穩(wěn)定的冒落拱,端面頂板便會出現(xiàn)嚴重冒漏事故。導致綜采面生產(chǎn)難以正常進行。為有效控制直接頂碎裂、冒頂,應根據(jù)現(xiàn)場實際情況盡可能地減小采面實際仰采角α和增大臨界仰采角α0。減少采面實際仰采角α應在開采設(shè)計中力求避免仰斜開采,綜合考慮地質(zhì)條件設(shè)計選擇合理的工作面推進方向,生產(chǎn)中在局部仰采角較大區(qū)域可通過合理調(diào)控采高減小α,增大臨界仰采角α0的途徑有:(1)增大頂板與支架頂梁間外摩擦角ρ0值。這可以通過改變頂梁表面形狀、材料以及增加表面粗糙度來實現(xiàn)。ρ0最大值不應超過碎裂結(jié)構(gòu)散體內(nèi)摩擦角φ0,因ρ0大于φ0時,相對滑動就不會沿著頂梁表面發(fā)生,而是沿著碎裂巖塊緊靠頂梁表面的一個面產(chǎn)生。此外,振動會降低支架頂梁與碎裂巖塊之間外摩擦系數(shù),因而割煤后支架應承壓擦頂一次前移到位,平時不要隨意操作支架。(2)可通過平衡千斤頂減少頂梁實際俯仰角γ。優(yōu)化設(shè)計、合理操作平衡千斤頂和支架,保持良好頂板狀態(tài)。(3)縮小實際端面距。通過使煤層主節(jié)理傾向煤壁、合理選擇和使用支架護幫裝置等措施減小煤體片幫深度;通過支架采用伸縮或折疊前梁、煤壁避免留傘沿、支架移到位和必要時超前移架以減小梁端距;通過保持頂梁良好接頂和處理冒頂洞穴以減少接頂距。(4)增大梁端支撐力和支架實際水平支護力。選擇液壓支架合理架型和參數(shù),使梁端支撐力較大且具有較強自身調(diào)節(jié)能力,充分發(fā)揮額定初撐力和工作阻力并避免支架出現(xiàn)異常工況。(5)改善直接頂碎裂塊度和載荷場。盡量減小超前支承壓力和分層開采對直接頂破壞程度,減少支架對頂板的不必要擾動,必要時進行頂板加固和采空區(qū)充填。4頂梁頂頂控制(1)高架頂梁俯仰工況是支架-圍巖系統(tǒng)控制的突出難題。它是高架支護和結(jié)構(gòu)性能、操作因素、頂?shù)装迤秸院推茐拿绊敔顩r及頂板壓力共同作用的結(jié)果。高架頂梁俯仰工況既對高架有效承載產(chǎn)生不利影響,也不利于控制直接頂破壞冒落,實驗室研究結(jié)果及現(xiàn)場實踐表明:頂梁處于較佳工況應控制0°<γ<5°,極限范圍為:-5≤γ≤10°?？刂聘呒茼斄焊┭鼋菓獙崿F(xiàn)平衡千斤頂?shù)膬?yōu)化設(shè)計、合理操作平衡千斤頂和支架及頂板保持良好狀態(tài)。(2)采面實際仰采角α>臨界仰采角α0時,端面頂板難以形成穩(wěn)定的冒落拱并出現(xiàn)嚴重冒頂事故。α0是反映支架-圍巖系統(tǒng)支護參數(shù)、載荷場和地質(zhì)條件的綜合性指標。仰采條件下有效