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        7 m大采高綜采面順槽超前支護(hù)方案的優(yōu)化

        2018-11-19 06:18:06李瑞群
        陜西煤炭 2018年6期
        關(guān)鍵詞:支架設(shè)備

        李瑞群

        (神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦,陜西 神木 719315)

        0 引言

        在綜采工作面回采過程中,兩順槽超前支護(hù)段始終處于應(yīng)力增高區(qū),該區(qū)域的頂板控制十分關(guān)鍵,一旦超前支護(hù)不到位就有可能發(fā)生冒頂事故。因此,為了保證頂板安全,必須對該區(qū)域進(jìn)行超前支護(hù)。《煤礦安全規(guī)程》也明確規(guī)定采煤工作面所有安全出口與巷道連接處超前壓力影響范圍內(nèi)必須加強支護(hù),且加強支護(hù)的巷道長度不得小于20 m。大柳塔煤礦是神東煤炭集團(tuán)的骨干礦井,在日常管理中十分重視綜采面兩順槽的超前支護(hù)工作,在超前支護(hù)的形式上采取過單體液壓支柱支護(hù)、單體密集支護(hù)、超前組合液壓支架支護(hù)、綜采面液壓支架等多種支護(hù)方式,這些支護(hù)方式各有其特點和適用條件,如何根據(jù)工作面的具體礦壓顯現(xiàn)強烈程度[1],確定合理的超前支護(hù)方式,對于保證兩順槽超前支護(hù)段的頂板安全,具有重要意義。本文就通過對7 m大采高綜采面兩順槽超前支護(hù)段不同支護(hù)形式進(jìn)行對比分析,得出不同支護(hù)方式的優(yōu)缺點及適用條件,便于超前支護(hù)方案的優(yōu)化。

        1 綜采工作面超前壓力形成的原因及影響

        綜采工作面煤炭采出后,采空區(qū)上方巖體的壓力要向周圍煤體內(nèi)轉(zhuǎn)移,產(chǎn)生應(yīng)力集中。在煤壁前方一定區(qū)域內(nèi)形成應(yīng)力增高區(qū),一般情況下,超前應(yīng)力增高區(qū)分布范圍為到幾十米,其中最大峰值距離煤壁向前約2~10 m,工作面超前壓力分布情況示意圖如圖1所示。

        圖1 采煤工作面超前壓力示意圖

        超前壓力對于煤炭開采既有有利的一面,也有不利的一面。有利的一面是在超前壓力的作用下,煤壁的煤體受壓破碎,有利于煤的破落[2-3]。不利的一面就是兩順槽超前段的頂板控制困難,一旦支護(hù)不到位,可能發(fā)生冒頂或片幫[4-5]事故。

        2 綜采工作面兩順槽超前支護(hù)的形式

        綜采工作面兩順槽超前支護(hù)的形式較多,常用的支護(hù)方式有單體液壓支柱支護(hù)、超前組合液壓支架支護(hù)和綜采面液壓支架進(jìn)行支護(hù)等3種,現(xiàn)分別對這3種超前支護(hù)形式進(jìn)行介紹。

        2.1 單體液壓支柱支護(hù)

        單體液壓支柱支護(hù)是礦井早期常用的一種超前支護(hù)方式。這種支護(hù)方式為“點”支護(hù),支護(hù)強度小,對頂板的支護(hù)效果差,并且隨著工作面的推進(jìn),單體需要人工不斷前移,勞動強度大,在作業(yè)過程中也存在一定的安全風(fēng)險。采用單體液壓支柱支護(hù)時,為了保證支護(hù)效果,一般要求單體支柱的行程不小于400 mm,并且穿靴戴帽。

        2.2 超前組合液壓支架支護(hù)

        超前組合液壓支架是近幾年剛剛應(yīng)用的一種新的支護(hù)設(shè)備,每臺超前組合液壓支架由前后2臺支架組合而成,兩架之間用推拉桿連接。相對于單體液壓支柱支護(hù),超前組合支架的工作阻力大幅提高,并且為“面”支護(hù),支護(hù)面積大大增加。大柳塔煤礦7 m大采高綜采面采用的ZFDC35400/27/47型超前支護(hù)組合架參數(shù)見表1。

        表1 ZFDC35400/27/47型超前組合支架主要技術(shù)參數(shù)表

        2.3 綜采面液壓支架支護(hù)

        綜采面液壓支架支護(hù)就是利用綜采面中部液壓支架放置在兩順槽超前支護(hù)段進(jìn)行頂板支護(hù),這種支護(hù)方式對頂板的支護(hù)同樣是“面”支護(hù),工作阻力更大,而且超前支護(hù)的范圍也可以通過增加支架數(shù)量而變得更長。各液壓支架之間用鏈條連接,最前面的第1臺液壓支架用自身的推拉桿,通過起底和拉架操作實現(xiàn)前移。大柳塔煤礦常用的7 m大采高綜采面ZY20000/28/55D液壓支架主要參數(shù)見表2。

        表2 ZY20000/28/55D型液壓支架主要技術(shù)參數(shù)表

        3 各種超前支護(hù)方式支護(hù)強度的計算

        現(xiàn)以大柳塔井52301綜采工作面回風(fēng)順槽超前支護(hù)為例,按照采用單體液壓支柱支護(hù)、超前組合架支護(hù)和工作面液壓支架支護(hù)3種情況,分別對支護(hù)強度進(jìn)行計算。52301工作面回風(fēng)順槽寬6 m,高4 m,順槽采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式,順槽底板施工200 mm厚的混凝土。

        3.1 單體液壓支柱支護(hù)強度計算

        如果采用單體進(jìn)行超前支護(hù),每排支設(shè)3根單體,排距為1.5 m,支護(hù)長度21 m,需要單體45根,每根單體的支護(hù)力為90 kN,采用單體液壓支柱進(jìn)行超前支護(hù)示意圖如圖2所示。

        圖2 單體液壓支柱進(jìn)行超前支護(hù)示意圖

        支護(hù)設(shè)備對頂板的支護(hù)強度計算公式為

        (1)

        式中:p—超前支護(hù)段內(nèi)單體支護(hù)對頂板的平均支護(hù)強度;n—超前支護(hù)范圍內(nèi)支護(hù)設(shè)備的數(shù)量;F—每單個支護(hù)設(shè)備的工作阻力;L—順槽超前支護(hù)段長度;W—順槽寬度。

        將單體液壓支柱支護(hù)的相關(guān)數(shù)據(jù)代入,計算得出單體液壓支柱對頂板的支護(hù)強度p單體=0.032 MPa。

        3.2 超前組合液壓支架支護(hù)強度計算

        如果使用ZFDC35400/27/47型超前組合支架進(jìn)行超前支護(hù),根據(jù)組合架的結(jié)構(gòu)由2臺架子組合而成,每臺液壓支架的工作阻力為17 700 kN,組合支架的支護(hù)總長度為20.5 m,單臺支架頂梁長度為4.77 m,寬度為2.64 m,如圖3所示。

        圖3 ZFDC35400/27/47型超前組合支架支護(hù)示意圖

        將超前組合液壓支架的數(shù)據(jù)代入式(1),計算得出超前組合液壓支架對頂板的支護(hù)強度p組合架=0.29 MPa。

        計算超前支護(hù)設(shè)備頂板比壓(即支架頂梁的支護(hù)強度)的計算公式為

        (2)

        式中:P—頂板比壓;n—支護(hù)設(shè)備數(shù)量;F—單個支護(hù)設(shè)備的工作阻力;l—支護(hù)設(shè)備頂梁長度;w—支護(hù)設(shè)備頂梁寬度。

        將超前組合液壓支架的數(shù)據(jù)帶入式(2),計算得出超前組合液壓支架對頂板的頂板比壓為P組合架=1.4 MPa。

        3.3 綜采面液壓支架支護(hù)強度計算

        如果采用型號為ZY20000/28/55D綜采面液壓支架進(jìn)行支護(hù),將4臺ZY20000/28/55D液壓支架按照1列擺放進(jìn)行超前支護(hù),這樣超前段支護(hù)的長度為26.8 m。該液壓支架頂梁長度4.7 m,支架中心距2.05 m,超前支護(hù)時2臺支架之間的距離為2 m,如圖4所示。

        圖4 ZY20000/28/55D綜采液壓支架超前支護(hù)

        將數(shù)據(jù)代入式(1),計算得出液壓支架對頂板支護(hù)強度為:p支架=0.5 MPa。

        將數(shù)據(jù)代入式(2),計算得出液壓支架頂板比壓為:P支架=2.08 MPa。

        4 各種支護(hù)方式的參數(shù)對比

        根據(jù)以上分析和計算,得出采用單體液壓支柱支護(hù)、超前組合液壓支架支護(hù)和綜采液壓支架支護(hù)的各項參數(shù)對比表,見表3。

        表3 3種支護(hù)方式對比表

        5 結(jié)論

        本文對7 m大采高綜采面兩順槽超前支護(hù)的不同形式進(jìn)行了分析和對比,分析了單體液壓支柱支護(hù)、超前組合架支護(hù)和綜采液壓支架支護(hù)的優(yōu)缺點,最后得出了在不同礦壓顯現(xiàn)程度下這3種支護(hù)方式的適用條件。

        (1)一般情況下盡量不選擇單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù),只有在過聯(lián)巷口的位置,對聯(lián)巷口的位置采用單體支柱進(jìn)行支護(hù)。

        (2)如果綜采面兩順槽超前支護(hù)段礦壓顯現(xiàn)不是非常強烈,一般選取超前組合液壓支架進(jìn)行支護(hù)。

        (3)如果順槽超前段礦壓顯現(xiàn)十分強烈的時候,可以選擇綜采面液壓支架進(jìn)行支護(hù)。

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