張立強(qiáng)
(山西陽煤集團(tuán)開元公司,山西晉中 045400)
15#煤層在太原組的下部,該煤層厚度最厚處達(dá)9.03 m,最小處4.77 m,均厚6.91 m,夾矸層數(shù)1~4層,矸石厚度范圍0.1~1.0 m,煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在礦井有效范圍內(nèi),其可采性指數(shù)為1,該煤層變異系數(shù)是13.30%,煤層穩(wěn)定。
基本頂:巖層為石灰?guī)r,厚度約為12.7 m,呈灰色,質(zhì)地密實(shí),硬度較高,存在裂隙,裂隙中存在方解石、動物化石、夾雜黑色泥巖層。直接頂:巖層為泥巖,厚度約為0.85 m,呈黑色,質(zhì)地密實(shí),脆性較高。直接底:巖層為泥巖,厚度約為0.95 m,呈灰色,存在植物化石?;镜祝簬r層為細(xì)砂巖,厚度約為5.3 m,呈灰白色,硬度較高,紋理層水平狀。
工作面長度563 m,傾斜長149.5 m,煤層厚5.06~7.72 m,平均厚6.12 m,開采儲量494 728.9 t。該煤層傾斜角度最大值約9°,最小值約1°,均值5°。綜采放頂煤液壓支架使用ZF5800兩柱式支架,額定初撐力26 MPa,額定工作阻力38 MPa,支護(hù)強(qiáng)度1 MPa,支架數(shù)量68架。
該工作面采用一進(jìn)兩回開切巷加走向高抽巷的方式布置。其中進(jìn)風(fēng)巷(5.1 m×2.9 m)、回風(fēng)巷(4.1 m×2.9 m)、切巷(8.0 m×2.6 m)沿15#煤下層布置,內(nèi)錯(cuò)尾巷沿15#煤層頂板布置,走向高抽巷沿11#煤層頂板布置。
8711工作面支架安裝有KJ653煤礦頂板動態(tài)監(jiān)控與礦山壓力可視化分析專家系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由四部分組成:監(jiān)測主站、監(jiān)測分站、工作面支架壓力表和可視化專家分析系統(tǒng)(地面)。工作面支架壓力表采集數(shù)據(jù),通過無線傳輸至設(shè)備列車處的監(jiān)測分站,監(jiān)測分站通過預(yù)先敷設(shè)的專用線路將數(shù)據(jù)傳輸至采區(qū)配電室內(nèi)的監(jiān)測主站,監(jiān)測主站通過一條專用的電話線將數(shù)據(jù)傳輸至地面可視化專家分析系統(tǒng),通過采集來自井下兩柱式支架控制器的數(shù)據(jù)和參數(shù),可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)調(diào)用和顯示數(shù)據(jù)及參數(shù),以監(jiān)視兩柱式支架的動作情況,分析支架的初撐力、阻力等[2]。
工作面監(jiān)測點(diǎn)布置要有代表性,可反映全部工作面的實(shí)際狀況。參考礦壓值合理布置監(jiān)測點(diǎn),間隔布置監(jiān)測站,觀測線為各監(jiān)測站內(nèi)兩柱式支架[3]。
8711工作面礦壓觀測站布置:沿工作面自上而下布置三個(gè)測區(qū)(上部、中部、下部),共安設(shè)YHY-60型礦壓觀測表10塊:上部(3#、10#、17#)、 中 部 (24#、 31#、 38#、 45#)、 下 部(52#、59#、63#)。數(shù)據(jù)采樣周期為5分鐘/次,以觀測兩柱式支架的初撐力、阻力。為了充分掌握頂板的運(yùn)動規(guī)律,以工作面試生產(chǎn)為觀測起始點(diǎn),工作面回采結(jié)束為結(jié)點(diǎn),通過分析數(shù)據(jù)掌握頂板運(yùn)動情況。
開始時(shí)間:2013年03月29日,結(jié)束時(shí)間:2013年04月18日。觀測期內(nèi)工作面推進(jìn)距離共計(jì)100 m,各個(gè)液壓支架整架工作阻力如圖1所示。
根據(jù)液壓支架工作阻力監(jiān)測數(shù)據(jù)和頂板巖層強(qiáng)度,工作面直接頂初次垮落步距為3.43 m;直接頂懸頂距為0 m。為直接垮落方式。8711工作面首次來壓步距:基本頂28.14 m,上端頭基本頂均值27.132 m,中部基本頂均值27.909 m,下端頭基本頂均值29.988 m。壓步距最大值約30.2 m,最小值約為4.7 m,均值13.4 m,來壓周期均值3天。工作面上端頭周期來壓步距均值12.92 m,中部周期來壓步距均值13.29 m,下端頭周期來壓步距均值14.28 m。
基本頂來壓強(qiáng)度的大小通過動壓系數(shù)來觀測,通過對兩柱式液壓支架阻力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,該工作面動壓系數(shù)為1.1,強(qiáng)度屬于緩和狀。
通過對該工作面基本頂破斷結(jié)構(gòu)特征分析計(jì)算,需要支架支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到863.83 kN/m2;ZF5800兩柱式支架,支護(hù)強(qiáng)度1 MPa,符合要求。
8711工作面采煤工作面支架初撐力如表1所示,初撐力實(shí)測值分布區(qū)間圖如圖2所示。
表1 8711工作面采煤工作面支架初撐力
圖2 初撐力實(shí)測值分布區(qū)間 (單位:MPa)
兩柱式支架初撐力均值20.9 MPa,最高初撐力是33.3 MPa(最大值占整個(gè)支護(hù)阻力區(qū)間的 1.12%)。ZF5800兩柱式支架,額定初撐力26 MPa,說明支架初撐力略高。
5.2.2 支架循環(huán)末工作阻力評價(jià)
8711工作面采煤工作面循環(huán)末工作阻力如表2所示,循環(huán)末工作阻力實(shí)測值分布區(qū)間圖如圖3所示。
兩柱式支架,循環(huán)末工作阻力均值24.04 MPa,循環(huán)末工作阻力最高值約38.83 MPa(最大值占整個(gè)支護(hù)阻力區(qū)間的5.82%)。ZF5800兩柱式支架,額定工作阻力38 MPa。可見,該類型支架適合當(dāng)前工況。
5.2.3 時(shí)間加權(quán)平均工作阻力評價(jià)
分析數(shù)據(jù)見表3、分布區(qū)間見圖4。
表2 8711工作面采煤工作面支架循環(huán)末工作阻力
圖3 循環(huán)末工作阻力實(shí)測值分區(qū)區(qū)間 (單位:MPa)
表3 8711工作面采煤工作面支架時(shí)間加權(quán)平均工作阻力
圖4 時(shí)間加權(quán)平均阻力實(shí)測值分布區(qū)間 (單位:MPa)
兩柱式支架,時(shí)間加權(quán)平均工作阻力均值18.68 MPa,時(shí)間加權(quán)平均工作阻力最高值34.77 MPa(循環(huán)末工作阻力最大值占整個(gè)支護(hù)阻力區(qū)間的0%),綜采放頂煤液壓支架使用ZF5800兩柱式支架,額定工作阻力38 MPa,說明兩柱式該型號支架支撐頂板是十分可靠的。
從8711工作面使用ZF5800兩柱式支架試驗(yàn)情況、實(shí)際使用效果看,該支架支護(hù)情況良好,頂板巖層可靠安全。由此可見,兩柱式支架的試用是成功的、值得推廣應(yīng)用。
[1]方新秋,錢鳴高.支架架型對綜放頂板穩(wěn)定性的影響[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2004(05):581-584.
[2]岑傳鴻.采場頂板控制及監(jiān)測技術(shù)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1998.
[3]唐小鋒.兩柱掩護(hù)式低位放頂煤電液控制液壓支架的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013(10):148-150.