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        大采高綜放采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

        2012-11-10 08:01:54白志飛
        山西煤炭 2012年1期
        關(guān)鍵詞:支架

        白志飛

        (太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,山西 太原 030024)

        大采高綜放采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

        白志飛

        (太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,山西 太原 030024)

        大采高綜放開(kāi)采技術(shù)是特厚煤層開(kāi)采的新途徑,它結(jié)合了大采高與放頂煤的特點(diǎn);但在礦壓顯現(xiàn)規(guī)律上又不同于兩者。文章根據(jù)神東保德煤礦8#煤層的賦存特性,對(duì)大采高綜放工作面81300-2進(jìn)行了礦壓觀(guān)測(cè),并對(duì)采場(chǎng)的礦壓規(guī)律及支架合理工作阻力等問(wèn)題進(jìn)行了研究。

        大采高綜放工作面;礦壓顯現(xiàn)規(guī)律;支架的合理工作阻力

        1 工作面的基本概況

        81300-2工作面位于8號(hào)煤層三盤(pán)區(qū)內(nèi),東為81300-1工作面(已回采),西為88301工作面(已回采),南為未開(kāi)發(fā)煤體(現(xiàn)井田邊界),北為輔助運(yùn)輸大巷;該工作面地面位置位于井田東南部,C K 3鉆孔以南,西焉村以北,蘇家里村(舊址)以東范圍內(nèi)。

        81300-2工作面煤層平均厚度8.32m,傾角3°~9°,總體呈緩狀背斜構(gòu)造、局部起伏,地質(zhì)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,工作面巷道揭露范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異常地質(zhì)構(gòu)造。工作面沿煤層傾斜布置走向推進(jìn),沿8號(hào)煤底板回采,工作面傾斜長(zhǎng)240m,走向長(zhǎng)2445m,采高一般控制在4.0m,平均放煤高度4.32m,采放比為1∶1.08,采用一采一放平行作業(yè)雙輪順序放煤方式,即煤機(jī)從機(jī)頭往機(jī)尾割煤時(shí),從機(jī)頭開(kāi)始放煤,放到機(jī)尾停止;從機(jī)尾往機(jī)頭割煤時(shí),從機(jī)尾開(kāi)始放煤,放到機(jī)頭架停止; 端頭架和排頭架不放煤。工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法,全部垮落法管理頂板。

        81300-2工作面頂?shù)装鍘r性特征:老頂為灰色-灰白色的細(xì)砂巖-中砂巖,平均厚度10m。直接頂為灰黑色的泥巖、砂質(zhì)泥巖,平均厚度1.94m。偽頂為灰褐色的泥巖、炭質(zhì)泥巖,平均厚度0.2m。直接底為灰白色的泥巖,平均厚度0.65m。

        2 礦壓觀(guān)測(cè)方案與儀器布置

        81300-2工作面總長(zhǎng)240m,采用Z F T 10200/25/42D型兩柱放頂煤電液控支架支護(hù),共141臺(tái)(工作面129臺(tái),端頭支架1臺(tái),排頭支架8臺(tái),過(guò)渡支架3臺(tái))。本次礦壓觀(guān)測(cè)設(shè)置支架工作阻力測(cè)區(qū)3個(gè),頭部測(cè)區(qū)(Ⅰ)、中部測(cè)區(qū)(Ⅱ)、尾部測(cè)區(qū)(Ⅲ)。頭部測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)15號(hào)和16號(hào)支架,中部測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)72號(hào)和73號(hào)支架,尾部測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)125號(hào)和126號(hào)支架。每個(gè)支架設(shè)置1臺(tái)電腦圓圖儀,共設(shè)置6臺(tái)電腦圓圖儀,監(jiān)測(cè)6個(gè)兩柱支架的左右立柱工作阻力。每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)布置測(cè)線(xiàn)2條,1條測(cè)線(xiàn)對(duì)應(yīng)1個(gè)支架。監(jiān)測(cè)區(qū)布置圖,見(jiàn)圖1。

        圖1 81300-2綜放面礦壓監(jiān)測(cè)區(qū)布置圖

        3 工作面來(lái)壓規(guī)律

        通過(guò)實(shí)測(cè)支架的工作阻力推斷來(lái)壓步距。15號(hào)支架代表工作面的頭部位置,72號(hào)支架可代表工作面的中部位置,125號(hào)支架可代表工作面的尾部位置。當(dāng)工作面從開(kāi)切眼推進(jìn)53.7m~54.6m時(shí),15號(hào)支架的工作阻力達(dá)到最大值9869.42k N,說(shuō)明工作面頭部初次來(lái)壓,來(lái)壓步距53.7m~54.6m,平均54.15m。當(dāng)工作面從開(kāi)切眼推進(jìn)49.6m~51.2m時(shí),72號(hào)支架的工作阻力達(dá)到最大值10027.31k N,說(shuō)明工作面中部部初次來(lái)壓,來(lái)壓步距49.6m~51.2m,平均50.4m。當(dāng)工作面從開(kāi)切眼推進(jìn)56.4m~58.5m時(shí),125號(hào)支架的工作阻力達(dá)到最大值9967.83k N,說(shuō)明工作面尾部初次來(lái)壓,來(lái)壓步距56.4m~58.5m,平均57.45m。觀(guān)測(cè)期間,81300-2工作面推進(jìn)了96.7m,出現(xiàn)了三次周期來(lái)壓。初次來(lái)壓及周期來(lái)壓步距見(jiàn)表1。

        表1 工作面觀(guān)測(cè)支架來(lái)壓步距

        4 支架合理工作阻力的確定

        (1)實(shí)測(cè)支架阻力:通過(guò)觀(guān)測(cè)工作面6個(gè)實(shí)測(cè)支架在推進(jìn)中的初撐力和末阻力的變化可知,初撐力與末阻力呈線(xiàn)性變化,末阻力值與初撐力值有關(guān)。工作面頭、中、尾部位的15號(hào)、72號(hào)、125號(hào)支架荷載見(jiàn)表2。

        表2 工作面支架工阻阻力統(tǒng)計(jì)表 /kN

        (2)支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算公式:采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

        式中:Pt為工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度,k N/m2;h為采高,4.0m;γ為頂板巖石重力密度,取2.5t/m3;k為工作面支柱應(yīng)該支護(hù)的上覆巖層厚度與采高之比,k=6.5。

        (3)據(jù)對(duì)保德煤礦放頂煤開(kāi)采研究主要結(jié)論,綜放工作面頂板壓力比綜采工作面大1.2倍~1.3倍,故工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度為

        Pt1=(1.2~1.3)×637.65=(765.18~828.94)k N/m2.

        液壓支架工作阻力:

        式中:Qs為液壓支架額定工作阻力,k N/架;PH為支架支護(hù)強(qiáng)度,k N/m2;PH=Pt1=(765.18~828.94)k N/m2;Bc—支架控頂距,最大控頂距為6.26m;Sc為液壓支架中心距,m;Ks為液壓支架支護(hù)效率,支撐式支架取0.9~0.95。所以 Qs=(765.18~828.94)×6.26×1.75÷0.9=(9313.94~10090.10)k N/架。經(jīng)計(jì)算所需要支架工作阻力為9313.94k N/架~10090.10k N/架,81300-2工作面采用中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司的Z F T 10200/25/42D型兩柱放頂煤電液控支架工作阻力 10200k N/架 >(9313.94~10090.10)k N/架,符合要求。

        5 結(jié)論

        (1)81300-2大采高綜放工作面頂板周期來(lái)壓現(xiàn)象較明顯,工作面頭、中、尾的來(lái)壓步距差別不很明顯,頂板的初次來(lái)壓步距均值為54.15m,周期來(lái)壓步距平均為14.6m。(2)81300-2大采高綜放面初撐力均值5786.92k N,占額定值(7145k N)的84.61%;循環(huán)末阻力均值7246.36k N,占額定值 (10200k N)的72.54%,初撐力滿(mǎn)足支護(hù)要求,末阻力有較大富余。工作面除局部片幫外,支架支護(hù)效果良好。(3)81300-2大采高綜放面所選擇的液壓支架(Z F T 10200/25/42D型),支護(hù)效果良好。

        [1]錢(qián)鳴高,劉聽(tīng)成.礦上壓力及其控制[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1991.

        [2]閆少宏,富強(qiáng).放頂煤開(kāi)采頂煤與頂板活動(dòng)規(guī)律研究[D].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),1995.

        [3]閆少宏,尹希文.大采高綜放開(kāi)采幾個(gè)理論問(wèn)題的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2008,33(5):481-485.

        [4]吳健.我國(guó)放頂煤開(kāi)采的理論研究與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào),1991,16(3):1-11.

        [5]弓培林.大采高采場(chǎng)圍巖控制理論及應(yīng)用研究[M].北京煤炭工業(yè)出版社,2006:6-8.

        Study on Strata Behavior in Largemining Heightmining Field

        BAI Zhi-fei
        (College o fm i n i n g E n g i n e e r i n g,T a i y u a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,T a i y u a nS h a n x i 030024)

        L a r g e-m i n i n g-h e i g h tf u l l y-m e c h a n i z e dm i n i n gt e c h n o l o g yi sn e wf o rm i n i n ge x t r a-t h i c k s e am,w h i c hc om b i n e sf e a t u r e so f t h el a r g e-m i n i n g-h e i g h tm i n i n ga n dc a v i n g,b u t t h es t r a t ab e h a v i o ri s d i f f e r e n t f r omt h o s et w o.T h ea r t i c l ei sb a s e do nt h ee x i s t i n gc h a r a c t e r i s t i c so f N o.8s e ami nB a o d em i n e,g r o u n dp r e s s u r e o b s e r v a t i o no nt h e 81300-2w o r k i n g f a c e w a s c a r r i e do u t.T h e s t r a t a b e h a v i o r a n ds u p p o r t i n g r e a s o n a b l e r e s i s t a n c e a r e s t u d i e d.

        l a r g e-m i n i n g-h e i g h tf u l l y-m e c h a n i c a lw o r k i n gf a c e;s t r a t ab e h a v i o r;r e a s o n a b l ew o r k r e s i s t a n c e o f s u p p o r t

        T D 322

        A

        2011-09-27

        白志飛(1984—),男,山西忻州人,在讀碩士研究生,從事大采高綜放礦壓顯現(xiàn)規(guī)律方面的研究。

        徐樹(shù)文

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