摘要：宏大錦程煤業(yè)是同煤集團(tuán)的新建礦井，缺乏原始的經(jīng)驗(yàn)積累。文章結(jié)合理論知識(shí)，采用多種方法就工作面支架支護(hù)合理強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算，為宏大錦程煤業(yè)支架的合理選型提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：采煤工作面；大采高；液壓支架；理論計(jì)算；支護(hù)強(qiáng)度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD355 文章編號(hào)：1009-2374（2015）12-0165-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.082

工作面的合理支護(hù)強(qiáng)度是綜采工作面巖層控制研究的核心內(nèi)容之一。其目標(biāo)就是使得工作頂板控制在經(jīng)濟(jì)合理的前提下達(dá)到良好的效果，滿足工作面安全高效生產(chǎn)。對(duì)于普通采高工作面，合理支護(hù)強(qiáng)度確定的理論和方法基本成熟，但對(duì)于厚煤層大采高開(kāi)采的支架支護(hù)強(qiáng)度確定仍在摸索階段，而且往往是基于現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比確定。

目前確定綜采大采高工作面支架合理支護(hù)強(qiáng)度的方法主要有倍重系數(shù)確定法、實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法、頂板結(jié)構(gòu)分析法、數(shù)值模擬法等。數(shù)值模擬法這里不再敘述，下面主要介紹其他幾種求解方法，并對(duì)各個(gè)方法確定的合理支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證分析。

1 大采高工作面合理支護(hù)強(qiáng)度的倍重系數(shù)法

倍重系數(shù)法主要是基于巖重進(jìn)行估算，支架的合理工作阻力F應(yīng)能承受控頂區(qū)內(nèi)以及懸頂部分的全部直接頂巖重Q1，還要承受當(dāng)基本頂來(lái)壓時(shí)形成的附加載荷Q2。

可見(jiàn)，這種方法與利用4倍采高法計(jì)算的結(jié)果相同。實(shí)際過(guò)程中，由于本方法適用于綜放開(kāi)采，一般放煤高度要高于開(kāi)采高度，因此，計(jì)算的數(shù)值會(huì)相對(duì)大些。也從側(cè)面證明了利用4倍采高法和本法確定的合理支護(hù)強(qiáng)度可以作為支護(hù)強(qiáng)度的下限來(lái)作為參考。

3.2 按頂煤自重和平衡結(jié)構(gòu)的作用力確定合理支架工作阻力

理論分析結(jié)果表明，煤體采出后工作面上覆巖層會(huì)形成一種平衡結(jié)構(gòu)。該平衡結(jié)構(gòu)一方面受到下覆煤巖體的影響，下覆不同的煤巖特性影響該平衡結(jié)構(gòu)的位態(tài)；另一方面該平衡結(jié)構(gòu)通過(guò)一定角度向其下覆的煤巖體進(jìn)行重力傳遞。因此，支架的工作阻力就受到下覆頂煤及冒落頂板的靜載和上覆平衡結(jié)構(gòu)的動(dòng)載作用，那么支架的合

理工作阻力就應(yīng)包括頂煤重量和平衡結(jié)構(gòu)的作用力。

增量系數(shù)s1有兩方面的因素影響：一是頂板懸空長(zhǎng)度或頂板跨落角；二是平衡結(jié)構(gòu)主應(yīng)力的傳遞方向角，傳遞角一般為50°～60°，而跨落角可根據(jù)實(shí)際情況

確定。

當(dāng)似平衡結(jié)構(gòu)不能形成時(shí)，就要考慮其對(duì)支架的傳力作用，傳力系數(shù)s2與跨落角及平衡結(jié)構(gòu)的傳力角有關(guān)，也與似平衡結(jié)構(gòu)的形式有關(guān)。

如果考慮冒落帶高度，根據(jù)相似模擬結(jié)果，h1取19.4m，h2取5m，s取1.1，s2取2，L取6m，b取1.75m。

合理支架工作阻力底限值應(yīng)為：

F=W+F1=7136.22kN

則按照梁端距為0.34m，頂梁長(zhǎng)度為5m，支架寬度為1.75m計(jì)算，此時(shí)的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)為763.64kN/m2。

由于以上計(jì)算數(shù)值參考了相似模擬的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且在計(jì)算過(guò)程中使用了支架的有關(guān)參數(shù)，使得計(jì)算結(jié)果與其他幾種方法計(jì)算的結(jié)果明顯不同，因此以上計(jì)算僅供參考。

當(dāng)冒落帶在垮落帶高度范圍內(nèi)，冒落帶至垮落帶之間巖層應(yīng)為似平衡結(jié)構(gòu)區(qū)，如果考慮支護(hù)巖層厚度40m，工作面支

4 工作面合理支護(hù)強(qiáng)度分析

通過(guò)以上分析，采用FLAC3D數(shù)值模擬求得的合理支護(hù)強(qiáng)度為840kN/m2；采用倍重系數(shù)法求得的合理的支護(hù)強(qiáng)度范圍在499.2～998.4kN/m2之間，均值為P=748.8kN/m2。采用實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法算定的支護(hù)強(qiáng)度為774.08kN/m2，采用頂板結(jié)構(gòu)分析計(jì)算法算出的結(jié)果為499.2kN/m2，采用短砌體梁算出的結(jié)果為613.97kN/m2，采用頂煤自重和平衡結(jié)構(gòu)的作用力確定合理支護(hù)強(qiáng)度為763.64～924.31kN/m2。

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，各種算法算出的結(jié)果有一定的出入，總體上而言，采用各種理論模型算出的支護(hù)強(qiáng)度值相對(duì)偏小，特別是采用頂板結(jié)構(gòu)分析法和4倍采高時(shí)，計(jì)算時(shí)結(jié)果尤為偏小。實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中由于頂板的條件要比相關(guān)理論更加復(fù)雜，受力因素更多，變數(shù)更大，因此采用實(shí)測(cè)法得到的經(jīng)驗(yàn)公式確定的數(shù)值相對(duì)而言更加安全，且實(shí)測(cè)法與倍重系數(shù)法得到的均值基本相同，可以作為下限值使用。綜合考慮各種計(jì)算結(jié)果，最終取800kN/m2為宏大錦程煤業(yè)礦二采區(qū)1006工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度底限。

在進(jìn)行支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和支架支護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮底板比壓情況和上述計(jì)算確定的支護(hù)強(qiáng)度。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)1006工作面測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)支護(hù)強(qiáng)度為800kN/m2時(shí)，能夠滿足工作面的要求，首采工作面支架支護(hù)強(qiáng)度的確定為宏大錦程煤業(yè)高產(chǎn)高效創(chuàng)造了有利的條件，不僅節(jié)約了成本而且提高了全礦的經(jīng)濟(jì)效益，也為后續(xù)工作面支架選型提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 岑傳鴻.論采場(chǎng)支架的支、護(hù)、穩(wěn)[J].礦山壓力，1986，（2）.

[2] 錢鳴高，繆協(xié)興，何富連.采場(chǎng)“砌體梁”結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵塊分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，1994，（6）.

作者簡(jiǎn)介：劉海全（1976-），太原理工大學(xué)在職研究生，大同煤礦集團(tuán)臨汾宏大錦程煤業(yè)技術(shù)科科長(zhǎng)，注冊(cè)安全工程師，工程師，碩士。

（責(zé)任編輯：王 波）