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(fù)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(yīng)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(yīng)控制仰角γ≤5°,極限值不應(yīng)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(yīng)控制俯角γ≥0°,即頂梁不應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)致輸出信號與其對應(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)控制0°<γ<5°,極限范圍為:-5≤γ≤10°?？刂聘呒茼斄焊┭鼋菓?yīng)實現(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