大采高超长工作面液压支架合理支护强度确定.pdf

2 0 1 2年第 l 2 期 中州煤炭 总第 2 0 4 期 大 互古 木同 超长工作面液压支架合理支护强度确定 张新 蛮 1 ． 山东科技 大学 ， 山东 青岛 2 6 6 5 9 0 ； 2 ． 霍州煤 电集 团有限责任公 司 ， 山西 霍州0 3 1 4 0 0 摘要 基于霍州煤电集团有限公司5 0 6工作面工程地质条件， 在分析相邻已采工作面矿 山压力显现规律的基 础 上， 利用 实测 统计 计算法、 顶板载荷估 算 法以及压 力平 衡拱 高度 估 算法计 算 出支 架工作 阻力 下 限分别 为 1 2 1 9 0 ， 1 1 7 3 0 ， 1 2 2 5 7 k N， 最终确定支 架工作 阻力应大于 1 2 0 0 0 k N 以及支架 主要参数。研 究成果对于 大采 高超长工作 面支架合 理工作阻力 的确定具有 重要的参考价值。 关键词 大采高 ； 超长 工作 面； 工作 阻力 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 2 1 2 0 0 2 7 0 2 De t e r mi n a t i o n o f Re a s o na b l e Su pp o r t i n g S t r e n g t h o f Hy dr a ul i c S upp o r t f o r Ex t r e me l y Lo ng W o r k i n g Fa c e wi t h La r g e M i ni ng He i g h t Zh a ng Xi n ma n ’ 1 。 S h a n g d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Q i n g d a o 2 6 6 5 9 0 ， C h i n a ； 2 ． Hu o z h o u Co a l El e c t r i c i t y G r o u p C o ．， L t d ．， Hu o z h o u 0 3 1 4 0 0， C h i n a Abs t r a c t Co mbi n e d wi t h t he e ng i n e e r i n g g e o l o g i c a l c o n di t i o n o f 5 0 6 wo r k i ng f a c e i n Hu o z ho u Co a l El e c t r i ci t y Gr o u p Co ．， L t d．， b a s e d o n a n a l y s i n g s t r a t a b e h a v i o r l a w s o f a d j a c e n t mi n e d f a c e s ， t h e l o w e r l i mi t o f wo r k i n g r e s i s t a n c e o f s u p p o r t we r e c a l c u l a t e d b y s t a t i s t i c a l me t h o d o f me a s u r e me nt ， r o o f l o a d e s t i ma t i o n a nd h e i gh t e s t i ma t i o n o f pr e s s ur e b a l a nc e a r c h． I t i s r e s p e c t i v e l y 1 2 1 9 0 k N ， 1 1 7 3 0 k N a n d 1 2 25 7 kN． Th e c o mpu t a t i o n s h o ws r e a s o n a b l e wo r k i n g r e s i s t a nc e o f s u pp o i s o v e r 1 2 00 0 k N， t h e ma i n pa r a me t e r s o f s u p po rts a r e a l s o de t e r mi ne d， wh i c h c a n p r o v i de a n i mpo r t a nt r e f e r e nc e f o r t h e de t e r mi na t i o n o f r e a s o na b l e wo r k i n g r e s i s t a nc e o f h y dr a ul i c s u pp o rt i n e x - t r e me l y l o ng wo r k i ng f a c e wi t h l a r g e mi ni n g h e i g ht ． Ke y wor ds l a r g e mi n i ng h e i g h t ； e x t r e me l y l o ng wo r k i n g f a c e； wo r ki ng r e s i s t a nc e 1 工程背景 霍州煤 电集团有 限公司 5 0 6工作面上覆基岩厚 1 3 0～ 3 0 0 m， 地表形态属 中高山地形 ， 全部为松林 、 灌木丛 。工作面位于 9 7 8 m水平五采区南翼 ， 其 东 侧与 5 0 4采空区相邻 ， 西侧为北峪越 界矿越界小窑 巷 道 ， 南端 为 3 1 6采 空 区 ， 北邻 五采 区胶 带 巷 。煤 层 厚 3 ． 5～ 5 ． 7 m； 倾角 1 。一5 。 。直接顶为泥岩 、 砂 质 泥 岩 ， 厚 2 7 m； 基 本 顶 为 K 中砂 岩 ， 厚 25 m0 直接底为泥岩 、 砂质泥岩。工作面走 向长 1 7 5 0 m， 倾 向长 3 2 0 m， 设计采高 5 ． 1 m。煤层整体呈背斜相 间的褶 瞳构造形态 ， 工作面顶板节理发育 ， 工作面构 造类型属中等复杂。5 0 6 1巷 中部揭 露 F 、 F 两条 收稿 日期 2 0 1 20 72 3 作者简介 张新 蛮 1 9 6 2 一 ， 男 ， 山 西平 陆人 ， 工 程 师 ， 在 读 硕 士 2 0 0 6年毕业 于太原理工大学 ， 现从事煤矿技术管理工作 。 断层 ； F 断层落差 2 ． 5 m， 预计 向工作面 内落差增 大 ， 对 回采有一定影响 ； F 断层落差 1 ． 3 r f l ， 预计 向 工作面内落差减小 ， 对 回采影响较小 。工作面煤层 顶底板岩石力学参数见表 1 。 表 1 工作面煤层顶 底板岩石力学参数 2 5 0 4工作面 矿 山压力显现规律 5 0 4工作面与 5 0 6工作 面相 邻 ， 工程 地质条件 具有相似性。在 5 0 4工作面正常回采期间对顶板压 力进行了实时监测 ， 共安装 1 4台在线监测仪 分别 2 7 2 0 1 2 年第 1 2期 中州煤炭 总第 2 0 4期 安装在 3 、 1 2 、 2 1 、 3 O 、 3 9 、 4 8 、 5 7 、 6 6 、 7 5 、 8 4 、 9 3 、 1 1 2 、 1 2 1 、 1 3 0 支架上 ， 每个测站分别在支架 左右立柱高压腔安装 1台矿用数字压力计 ， 测点及 仪器布置如图 1所示 。 匕 】 3 7 1 2 21 33 j 3 9 ， 4 妒 5 0 4 工作面 5 7 6 6 2 7 5 9 l l 2 口 l 2 1 一 l 3 ● 口匕 1 了 图 1 工作面测点布 置 通过数据分析 可以得出 ， 5 0 4工作面各支架来 压时平 均 末阻力 在 9 0 0 01 0 0 0 0 k N之 间 ， 两 端 头 支架外支架最大末阻力在 1 0 0 0 01 1 0 0 0 k N之间； 5 0 4工作面初次来压步距 3 4～ 3 8 m。由表 2可知， 工作面顶 板初次来 压时 动载系数 1 ． 4～1 ． 8 ， 平 均 1 ． 7， 工作 面顶板周期来压 时动载系数在 1 ． 21 ． 7 之 间 ， 平 均为 1 ． 4 1 。 表 2动载系数 统计 初次来压 动载系数 周期来压 动载系数 3 4 5 3 大采高工作面支架工作 阻力计算 目前 ， 液压支架工作阻力计算 的主要方法有载 荷估算法 、 实测统计法和理论分析法 。 3 ． 1 实测 统计 法 根据煤炭行业标 准 M T 5 5 4 --1 9 9 6可知 ， 基本 顶的分类指标为基本顶初次来压当量 P ， 即 2 8 ． P 2 41 ． 3 1 n Lf 一1 5 ． 5 N 52 - 6 式中， ￡ 为基本顶初次来压步距 ； h 为煤层采 高； N 为直接顶充填系数 ， Nh ／ h ； h为直接顶厚度。 由 5 0 4工作面矿 山压力显现规律可知 ， 基本顶 初次来压步距为 3 8 m； 采高为 5 ． 3 m； 直接顶厚 2 ． 0 m。通过计算可以得出P 1 1 5 0 k P a 。 根据基本顶分级指标 表 3 对基本顶进行分 级 。由计算结果可 以确定基本顶为Ⅳ 级。 表 3 基本顶分级指标 k P a 根据煤炭行业标准 MT 5 5 4 --1 9 9 6 ， I V级基本顶 沿米支护强度下 限 R H 2 4 1 ． 3 1 n L f 5 2 ． 6 一1 5 ． 5 N一 4 5 5 B c C k 式中， h 为工作面最大采高 ， 取 5 ． 3 m； L 为基本 顶 初次来压步距 ， 取 3 8 m； N为直接 顶充填 系数 ， 取 O ． 4 ； 为支架控顶距 ， 取 5 ． 3 7 5 m 截深 0 ． 8 m， 刮 板输送机槽宽 1 ． 0 m ； C 为备用系数 ， 取 1 ． 6 。 代人数据计算得 R 一5 9 8 0 k N ／ m。 液压支架工作阻力 F 。 霉 下限 Fs 宴 RH Sc ／ Ks 式中， S 为支架 中心距 ， 取 1 ． 7 5 m； K 为支撑效率 ， 取 0 ． 8 5 。 在采煤机截深 为 8 0 0 m m 的条件下， 支架工作 阻力下限 F 立一1 2 3 1 2 k N。 3 ． 2顶板载荷估算法 根据 5 0 4工作面支架阻力实测数据分析 ， 工作 面动载系数最大达 1 ． 8 ， 对应的顶板载荷估算为 6 ． 5 ～ 7 ． 0倍采高 。随着工作面倾斜长度的增加 ， 工作 面顶板来压动载系数还会有所增大 ， 因而 5 0 6综采 工作 面按照支架承受 的 6 ． 5～8 ． 0倍采高的岩石柱 质 量估算 。 估算支架支护强度 q 6 ． 5 8 ． 0 ， 式 中， g为支架 承受的强度 ； Y为顶 板岩石容重 ， 取 2 5 k N ／ m ； h 为煤层最大采高 ， 取 5 ． 3 m。 通过计算可得 q 0 ． 8 6～1 ． 0 6 MP a 。 液压支架额定工作阻力 F 砸 为 Fs 顶 Ps Sc Bc ／ ks 式 中， P 为液压支架额定支护强度 ， 8 6 0～1 0 6 0 k N； 为液压支架中心距 ， 取 1 ． 7 5 m； 下转第 3 0页 7 5 2 4 4 3 3 3 4 4 6 6 3 4 ● ● ● ● ● ● ■ ● ● ● ● ● ● ● __．}i；l 1 7 3 2 3 4 3 4 5 3 3 3 3 2 2 ’ ● - ● ● ● - ● ● _ ● ● ● ● }}}i l 1 6 5 4 2 3 3 4 3 4 6 2 l 3 6 ● ● ● ● ■ ● ● ● ● ● ● ● ■ ● }}___l 1 5 3 7 2 3 7 3 2 3 6 5 3 7 5 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● }}；}l 1 6 3 6 3 5 2 3 5 3 4 3 7 4 3 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● }；}i l 1 5 3 5 7 3 4 5 4 4 5 4 4 4 3 ● ● ● ■ ● ● ● ● ● ● ● ● ■ ● }i i 1 1 1 5 5 6 7 3 6 4 3 2 5 6 4 4 6 ■ ■ ● ■ ● ● ■ ● ● ● ● ● ● ● i}}i 1 1 4 5 8 5 6 8 8 7 6 6 7 7 7 8 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● }}}___l l 姝 婀 一 2 0 1 2 年第 1 2 期 中州煤炭 总第 2 0 4 期 踪 ， 得 出各 标 志层层 位 和层 间距情 况 。 1 2 煤 层 位 于 山西 组 中部 ， 为 全 区稳 定 可 采 煤层 ， 是该区的主要可采煤层。煤层厚 1 ． 2 0～ 3 ． 4 7 m， 平均厚 2 ． 5 9 m。 2 K 砂岩位于二叠系下统山西组底部 ， 岩性 以中粗砂岩 为主， 厚 2 ． 0 0～1 5 ． 0 0 m， 平 均厚 7 ． 6 6 m0 3 L 灰岩为全区发育稳定的石灰岩 ， 厚 0 ． 4 0 ～ 8 ． 7 2 m， 平均 厚 2 ． 1 9 m。 4 L 灰 岩厚 0 ． 9 1～6 ． 8 7 m， 平 均 厚 4 ． 1 3 m， 全 区稳 定稳 定 。 5 8 煤层 位于太原组一段 的中上 部， 煤层厚 1 ． 3 1～ 4 ． 6 8 m， 平均厚 2 ． 5 2 m， 煤层厚度稳定， 属全 区稳定可采煤层 。 6 9 煤层位于太原组一段 的中下部， 煤层厚 0 ． 9 0～ 5 ． 5 1 m， 平均厚 2 ． 5 5 m。为全区可采稳定煤 层 。煤层 简单 ， 含 0～2层夹 矸 ， 夹矸 厚 0 ． 0 70 ． 6 5 mo 2 煤与 K ， 砂岩的平均间距为 3 7 ． 5 m， K 砂 岩 与 L 灰岩的平均间距为 3 ． 5 m， L 灰岩与 L ， 灰岩 的平均间距为4 9 ． 2 m， L 灰岩与 8 煤的平均间距为 5 ． 4 m， 8 煤与 9 煤的平均间距为 7 ． 0 m。 4 结语 为了更好地掌握标志层 ， 通过对 1 9 7 8 2 O l 1年 期 间施工过 的钻孔柱状图和勘探单位编制的煤岩层 对 比图的综合整理， 对数据进行统计 ， 分析了钻探施 工现场测井 曲线 的反映情况 、 钻探揭露情况 和测井 曲线数据 ， 并参考 了勘探单位编写的勘探报告内容 ， 对标志层的层位和厚度以及各标志层间的层间距资 料进行统计分析 ， 得出了平均厚度和平均层间距 。 上述结论为以后的地面勘探各煤层和标志层的 判定提供了依据 ， 可为井下钻探施工 、 井下巷道掘进 见煤点预报、 工作面回采设计及 回采层位确定提供 参考。 责任 编 辑 刘欢欢 上接 第 2 8页 B 为支架最 大控顶距 ， 取 5 ． 3 7 5 m 截深 0 ． 8 m， 刮板输送机槽宽 1 m ； K 为液压支 架的支撑效率 ， 两柱掩护式支架取 0 ． 8 5 。 代人数据计算得 F 顶8 7 9 8～1 1 7 3 0 k N。 3 ． 3 压力平衡拱高度估算 由5 0 4工作面矿压显现规律可知 ， 顶板最大动 载系数 为 1 ． 8 ， 由表 1可得 K 砂 岩单 向抗压 强度 8 6 ． 0 9 MP a ， 泥岩单向抗压强度 2 6 ． 1 3 MP a 。根据压 力平衡拱原理 ， 支架阻力 F 压的验算 c曰c 式中， y为岩体容重 ， 取 2 5 k N ／ m ； 为动载系数 ， 取 1 ． 8 为顶板岩层的坚固性系数 ， 取 6 ． 5 ； L为工作面 长度 ， 3 2 0 m。 代人数据计算得 F s 压1 2 2 5 7 k N。 4 结语 1 根据煤炭行业标准 实测统计 回归公式 可 以估算出 5 0 6工作面支架 工作阻力下 限为 1 2 1 9 0 k N； 根据顶板载荷可以估算 5 0 6工作面支架工作阻 力下 限为 8 7 9 8～1 1 7 3 0 k N； 根据压力平衡拱高度 可以估算出 5 0 6工作面支架工作阻力下限为 1 2 2 5 7 k N。 3 0 ． 2 对 5 0 6综采工作 面而言 ， 当倾斜长度 达到 3 2 0 m时 ， 通过实测统计法 、 顶板载荷估算法以及压 力平衡拱高度估算法 ， 可 以得出支架工作阻力下限 值在 1 2 0 0 0 k N左右。因此 ， 其 配套液压支架工作 阻力应不低于 1 2 0 0 0 k N。 3 建议 5 0 6工作面支架 主要参数分别为 支 架型式为两柱掩护式 ； 支架高度 2 6 0 05 5 0 0 m m； 支架工作阻力 1 3 0 0 0 k N P 4 6 ． 9 MP a ； 一级缸内 径 4 2 0 m m； 支护强度 1 ． 1 7～1 ． 3 8 MP a ； 支架 中心距 1 7 5 0 m m； 支架控制方式为本架手动控制。 参 考 文献 [ 1 ] 张新蛮 ， 曹怀建 ， 韩磊 ． 浅埋大采 高综采工 作面矿 压显现 规律 研究 [ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 1 2 2 4 8 - 5 0 ． [ 2 ] 张飞 ， 范文胜 ， 孙建岭 ， 等． 超长工作 面综放开采矿压显 现规律 研究 [ J ] ． 煤炭技术 ， 2 0 1 0 ， 2 9 4 6 1 3 ． [ 3 ] 郝存 义 ， 段军． 6 m大采高综采 面支 架合理支护强度 确定 [ J ] ． 煤矿 开采， 2 0 1 0， 1 5 6 1 8 - 2 0 ． [ 4] 杨宝贵 ， 姬鹏奎 ， 祁越峰 ， 等． 上湾矿 7 m特厚煤层 大采高开采 支架 工作 阻力 的确定 [ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 1 1 7 1 4 ． 1 6 ． [ 5 ] 王彪谋 ， 周 国际． 王家塔煤矿大采高液压支架合 理工作阻力研 究[ J ] ． 煤矿开采 ， 2 0 1 0 ， 1 5 5 7 2 - 7 3 ． [ 6 ] 韩磊 ． 软煤 、 厚硬顶 板 、 极近距 离煤层合 理开采 关键技 术研究 [ D] ． 淮南 安徽理工大学 ， 2 0 0 8 ． 责任编辑 秦爱新