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        ZY8000/20.5/40型液壓支架對(duì)沙坪礦8號(hào)煤層適應(yīng)性分析

        2011-11-10 03:51:00毛明亮
        山西煤炭 2011年9期
        關(guān)鍵詞:沙坪適應(yīng)性阻力

        毛明亮

        (華晉焦煤有限責(zé)任公司 沙曲礦,山西 呂梁 033300)

        ZY8000/20.5/40型液壓支架對(duì)沙坪礦8號(hào)煤層適應(yīng)性分析

        毛明亮

        (華晉焦煤有限責(zé)任公司 沙曲礦,山西 呂梁 033300)

        分析了沙坪礦ZY8000/20.5/40型支掩式液壓支架額定工作阻力富裕程度,得出結(jié)論沙坪礦8號(hào)煤層開采支架合理工作阻力選用8000kN/架是合理的結(jié)論,并對(duì)8號(hào)煤層適應(yīng)性做出了效果評(píng)價(jià)。

        液壓支架;適應(yīng)性;額定工作阻力

        1 概述

        沙坪礦井田面積22.59 km2,共有8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)和13號(hào)層可采煤層,地質(zhì)儲(chǔ)量59305萬t,可采儲(chǔ)量42268.8萬t,煤層賦存穩(wěn)定,儲(chǔ)量豐富。

        1803工作面為沙坪礦8號(hào)煤層第一個(gè)回采工作面,8號(hào)煤層俗稱9尺煤及5尺煤,位于山西組地層中部或中下部,下距9號(hào)煤層4.07m~16.48m。煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,一般由3個(gè)~7個(gè)分層組成,含2層~6層夾矸。煤層中部比較穩(wěn)定的一層夾矸巖性為淺灰色含水鋁石高嶺質(zhì)粘土巖,厚度為300mm左右,為粘土礦層。煤層頂板一般為泥巖、粉砂巖或粉質(zhì)砂巖。底板一般為粘土巖或泥巖,為粘土礦層,容重為1.35 t/m3。

        液壓支架對(duì)具體煤層的適應(yīng)性,主要考慮使用過程中的支架運(yùn)行狀況、頂板的控制質(zhì)量效果及其支架的工作阻力是否足夠等方面,實(shí)際上就是要考察在給定支架結(jié)構(gòu)形式、工作阻力和頂?shù)装鍫顩r時(shí),采場(chǎng)支架與圍巖的相互作用即適應(yīng)性問題。

        2 支掩式液壓支架的額定工作阻力富裕程度分析

        1)根據(jù)支架載荷觀測(cè)的最大數(shù)據(jù)分析額定工作阻力的富裕程度

        在首采(1803)工作面的整個(gè)觀測(cè)期間,3條測(cè)線

        平均末阻力的最大值為pmmax=36MPa,則

        ≈7329 kN/架.

        式中:n為支柱根數(shù);A為立柱下腔截面積,m2;pmmax為觀測(cè)末阻力平均最大值的支柱壓強(qiáng),MPa。

        若按此處計(jì)算的支架工作阻力參數(shù)考慮,工作面支架額定阻力為8 000 kN/架,額定阻力足夠,尚余8%,可見所用支架的額定阻力足夠,稍微有富裕量。

        2)根據(jù)支架載荷觀測(cè)數(shù)據(jù)的1倍均方差作為合理阻力,分析額定工作阻力的富裕程度

        沙坪礦1803工作面來壓步距特征,如表1所示。

        表1 沙坪礦1803工作面來壓步距特征

        由表1可以分析得出首采工作面礦壓觀測(cè)末阻力的平均值與均方差,若按均值加1倍均方差標(biāo)準(zhǔn),則有

        將計(jì)算的pS值,帶入可得

        在此條件下,計(jì)算的PS2=6217.2 kN/架,是額定阻力的78%,可見所用支架的額定阻力還有富裕量,沒有達(dá)到其額定工作阻力。

        3)直接頂載荷倍數(shù)確定法

        按照長(zhǎng)壁工作面的關(guān)鍵巖層控制理論,8號(hào)煤層采高3.5m,直接頂(泥巖、細(xì)砂巖)很厚,碎漲性較好,因此可按采高的6倍考慮,則沙坪礦8號(hào)煤層條件下,液壓支架應(yīng)該具有的額定工作阻力為

        P=ks·B·L·K·γ·Σh=7 686 kN/架.

        式中:ks為安全富裕系數(shù),對(duì)Ⅲ級(jí)來壓強(qiáng)烈頂板,可取1.5;B、L為支架的寬度和長(zhǎng)度,m;K為來壓動(dòng)載系數(shù),根據(jù)礦壓觀測(cè)取為1.3;Σh為直接頂垮落厚度,m。

        因此,按此估算8號(hào)煤層需要的支架阻力7 686 kN/架,即所用支架滿足要求。

        4)關(guān)鍵巖層控制理論確定

        在考慮基本頂(老頂)周期來壓步距的情況下,實(shí)測(cè)周期來壓步距為L(zhǎng)C=23.45m,此時(shí)支架應(yīng)該具有的工作阻力為

        因此,按8號(hào)煤層的周期來壓情況計(jì)算,需要的支架阻力7 985 kN/架以上,即可滿足要求。

        5)支護(hù)強(qiáng)度確定方法

        依據(jù)沙坪礦8號(hào)煤層情況,基本頂(老頂)的實(shí)測(cè)初次來壓步距為70.06m,而采空區(qū)充填系數(shù)N=Σh/hm<3,因此按照基本頂?shù)姆旨?jí)標(biāo)準(zhǔn),沙坪礦8號(hào)煤層應(yīng)為來壓明顯的Ⅲ級(jí)頂板。對(duì)于Ⅲ級(jí)頂板,按照采高3.5m,查表2(各級(jí)基本頂必須的額定支護(hù)強(qiáng)度及延米支護(hù)強(qiáng)度下限),采用內(nèi)差值方法可得額定支護(hù)強(qiáng)度為q e=620 kPa,取1.50的安全系數(shù),則需要的支架合理工作阻力為

        若按此判斷,需要的額定工作阻力為6982 kN/架,所用支架工作阻力足夠。

        6)支護(hù)強(qiáng)度回歸公式方法

        支架支護(hù)強(qiáng)度的回歸計(jì)算公式為

        表2 各級(jí)基本頂必須的額定支護(hù)強(qiáng)度及延米支護(hù)強(qiáng)度下限

        式中:hm為工作面采高,m;L0為工作面初次來壓步距,m;Be為支架控頂距,包括機(jī)道寬度,m;N為直接頂與采高之比(即采空區(qū)充填系數(shù)),無量網(wǎng)。

        在沙坪礦8號(hào)煤層,采高h(yuǎn)m=3.5m,初次來壓步距L0=70.06m,支架最大控頂距Be=4.89m(頂梁長(zhǎng)+機(jī)道寬度600mm),直接頂與采高之比(采空區(qū)充填系數(shù))N=1.8,將這些參數(shù)帶入,可得沙坪礦8號(hào)煤層的額定支護(hù)強(qiáng)度為

        按照沙坪礦8號(hào)煤層相關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式,取1.5的安全系數(shù),需要的額定工作阻力為

        由此計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià),沙坪礦8號(hào)煤層支架的設(shè)計(jì)工作阻力為9838 kN/架。

        總之,根據(jù)首采工作面支架載荷的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料,用6種方法計(jì)算所得的8號(hào)煤層工作阻力分別為 7 329 kN/架、6 217.2 kN/架、7 686 kN/架、7985 kN/架、6 982 kN/架和9 838 kN/架,其支架工作阻力的綜合平均值為7 673 kN/架,小于使用的支架額定工作阻力(8 000 kN/架)。為此,沙坪礦8號(hào)煤層開采支架工作阻力選用8 000 kN/架是合理的,可在該煤層推廣使用。

        3 ZY8000/20.5/40型支掩式支架對(duì)8號(hào)煤層適應(yīng)性

        1)支掩式架型對(duì)8號(hào)煤層開采頂板控制效果評(píng)價(jià)。1803工作面開采過程中,支掩式液壓支架對(duì)8號(hào)煤層地質(zhì)適應(yīng)性較好,正常開采期間頂?shù)滓平幻黠@,ZY8000/20.5/40型支撐掩護(hù)式支架達(dá)到了預(yù)期的采場(chǎng)頂板控制效果。

        支撐掩護(hù)式液壓支架,可較好地適應(yīng)復(fù)合頂板條件,回采期間未發(fā)生陷底現(xiàn)象,支架底座對(duì)底板的適應(yīng)性較好。

        2)支架額定工作阻力的適應(yīng)性。根據(jù)首采1803工作面的基本條件和礦壓實(shí)測(cè)資料,用6種支架載荷預(yù)測(cè)方法計(jì)算的8#煤層工作阻力的綜合平均值為7673kN/架,小于使用的支架額定工作阻力8000kN/架。為此,沙坪礦8號(hào)煤層開采支架合理工作阻力選用8000kN/架是合理的,可在該煤層推廣使用。

        Adaptability Study of ZY8000/20.5/40 Hydraulic Support in No.8 Seam of Shaping M ine

        MAO M ing-liang

        (Shaqu Mine,Huajin Coking Coal Co.,Lvliang,Shanxi033300)

        The study analyzes the affluence degree of ZY8000/20.5/40 supporting and shielding hydraulic support and concludes that it is reasonable to select 8000kN per support for the resistance in No.8 seam.Its adaptability is also evaluated.

        hydraulic support;adaptability;rated resistance

        TD355+.41

        A

        1672-5050(2011)09-0035-03

        2011-08-10

        毛明亮(1974—),男,山西柳林人,大學(xué)???,助理工程師,從事采煤生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

        徐樹文

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