王村矿近距煤层矿压及支架选型(1).pdf

j l 。 午 ＼ ／ 钟 王村矿近距煤层矿压及支架选型 郑州煤机厂 朱诗顺张国志 - “ f 9 ， 一一 l ／ 一 、 王 村 并 田 - t 下 煤 层 地 质 条 件 誉 馨 军 大同矿务局壬村矿 1 1 上煤层开采 1 1 上煤层埋藏深度为 l 2 0 ～1 5 O m，采 使用 Z Y5 6 0液压支架，其中大部分已经采 空医塌艏可到地表 。1 1 下煤层顶底板 完，现 由 1 1 下煤层工作面接替 但在 特性见表 1 。 nI 下 煤 层地 质 条件 表 1 盘鞋 煤 ‘ m1 倾角 直接砸 mI 雇柱岩性 直接顶岩性 老顶岩性 3 0 5 2 ． 3 2 9 0 ～4 0 ～3 0 白色砂岩 砂质页岩央薄层砂岩 即 l l 上煤 层工作面 F 部砂质酉岩震障发 垮藩璜板，矽岩块大， 4 0 4 l 8 ～3 2 o ～4。 2 ． 6 ～4 6 白色砂岩 育上鑫 扛 为粉砂岩 无腔特性 斡砂岩 夹细 砂岩 3 0 9 I _ 7 ～ 3 ． 1 0 ～4‘ 2 0 ～9 5 白乜砂岢 垦收捆砂岩 二．8 5 0 1 综采工作面存在问题分析 I l地 质 厦 生 产 技 术 奈件 I l F煤层 3 0 5盘区 8 5 0 1 工作面， 煤层厚度为 2 ． 2 ～2 ． 7 m，倾 角为 3 ～4。， 伪顶为 0 ． 2 0 ～0 ． 3 0 m 厚的薄层 状砂质 泥 岩 ，层理 发育 直接顶总厚 度为 1 ． 9 8 ～ 3 l 1 7 m，其上部为 白色砂 岩，中 F 部为粉 砂岩。老顶为 I l 上煤层采空区垮落的 砂岩顶板 ，块度大无肢结性。底扳为白色 砂 岩 。 工 作 面 走 向 3 6 0 m， 倾 斜 长 1 2 0 m，使用 Z Y5 6 0型 支撑掩护 式支架， 其主要技术参数见表 2 。 8 5 0 1 综采 工作面 自 1 9 8 8年 I 1 月初投 产 至 l 2月底 ，正常推 进 约 6 0 m 后 ，工作 面下端头及下部支架开始潺顶，并向工作 面中部发展 ，预板状况越来越恶劣。支架 顶梁上普遍覆盖着一层 1 O ～2 0 c m厚的浮 矸 ，支架前梁接不上顶，架前、架间漏顶 严重。支架严重歪斜、候倒，底座抬起 ， 最后被迫停产。从 1 9 8 9年 l ～4月，工作 面只推进 了 6 0余米，月产煤仅三 千吨左 右 。 Z Y S 垂支架技术特征 表 2 参 敦 值 支粲高度 ram l 6 5 o ～2 6 5 0 支护面积 m 5 0 3 ] 剪 鬃长度 r mm1 3 0 5 0 初撑力 N 4 7 6 0 工作阻力 N 5 6 0 0 前粱 千斤璜推力 k N1 2 8 5 x 2 韧捧 4 0 0 2 额定 泵压力f MP a ， 3 O 2 ．存 在 问题 的 原 因 分析 ①顶板的破碎机理 I J由于 I l 下煤层直接顶厚度即 是其与 I l 上爆层的 间距 ，仅 0 l 3 ～ 3 ．0 m。开采 I l 上煤层肘，实际上是开 采 了一个解放层 ，使 I l 下煤层顶扳的 应力状态发生 了变化， I l 上煤层工作 一 4l一 维普资讯 面及其 后方 附近 的底板 ，应 力状 态 由三维 变为二维，在 1 1 上煤层采动时支承压 力的作用下，使 l l 上煤层工作空间及 附 近底 板 内原 生裂 隙充分 扩张， 产生大 量 新 裂隙 ，致使 1 1 下煤 层仅 3 m 左右 的 直 接 顶在 开采 1 1 上 煤 层 时就被 破 坏 ， 见 图 1 2 1开 采 1 1 上 煤 层 时 由 于支 架 底 座 小而受高压 力的反复作用和坚硬顶板大 块岩石垮落时的冲击，加剧 了 1 1 下煤 层 顶板 的破 碎。 3 由于 1 1 上 煤 层 已经 采 完 及 l 1 上 与 1 1 下煤层的层间距太小， 又因 1 1 上煤层垮落的砂岩顶板无胶结 性，故开 采 1 1 下 煤层 时 ，开采空 间的 直接顶所受压 力较大，不 利于顶板稳定。 尤其是支架前部的直接顶与上方垮落的岩 块形成点接触，容易冒顶。直接顶一旦冒 落，其 上已垮落的岩块跟随下来，后果 十 分严重，这与未受采动影响的 1 1 上煤 层顶板是不相同的。如图 1 ， 图 2所示 。 图 1 1 1 上 煤层 开采 时状 况 ②支架架型与顶板条件不相适应是导 致顶板管理困难的主要原因 1 支架反复支撑和韧撑力过大造成顶 板破碎的恶性循环。实铡 8 5 0 1 工作面支架 实际工作阻力只有 2 0 0 0 - 2 6 5 0 k N／架 ，而 ZY5 6 0支 架 的 额 定 初 撑 力 为 4 7 6 o l N／ 架 。由于 1 1 下煤层直接顶很薄，其上 为高度约 1 O ～2 0 m的已垮落大块岩石，岩 图 2 1 1 下 煤层开采时状况 块间有较大的空隙，又由于支架的初撑力 大于实 际工 作阻力 ，因此 ，支架顶 梁通过 直接顶压缩已垮落岩石间的空隙，致使直 接顶上挠，裂隙发育、扩张甚 至折断。这 与一般单 一煤层 工作 面是不相 同的 。又支 架的顶梁平而长，控顶范围大，每一循环 移架达 6 次 ，反复支撑顶板，加剧了顶板 破碎 ，如 图 3 4所示。 图 3 割煤后来及时支护区顶板状况 2 】支架四柱直立且靠后布置的支撑掩 一 4 2一 图 4 移架时顶板状况 护式架型以及铰接顶梁的结构，使支架梁 | I 维普资讯 端的 支护 能 力不足 ，出现 顶粱 前端低 头 、 漏顶、支架顶梁上产生大量浮矸的现象。 又由于架型的特 点和顶板破碎，使得支架 在移动 过程 中难 以清 除浮矸 ，所以 顶板 支 护 效果 差井造成 恶性 循环 。 3 1支架分离底座的结构和液压系统的 不完善导致支架倒架、底座抬起和架间漏 顶的发 生。支架 的分 离底座 ，使支 架左右 立桂和 支架 顶梁 与底 座不能 相互制 约， 稳 定性差。左右立柱共同使用一条供液管路 和一套闭锁装置，如同一对连通器 由于 支架顶 粱上浮 矸的 普遍存在 ，在浮 矸接顶 一 侧的立 柱受压 收 缩，不接顶 一侧 的立柱 伸长，形成支架一侧高一侧低或者底座不 能接底处于悬空状态，致使支架常常处于 偏载状态。尽管工作面倾斜只有 3 ～4。 ， 支架也 严重歪 斜， 使顶粱的 前后或 左右与 顶板形成点、线接触，底座亦是与顶粱相 对应形成 点 、线 受 力。 由于 这个原 因，支 架向一 个方向倾倒 ，相邻架 间出现 大高 差，矸石漏入架间和工作空间。如图 5 所 币 。 图 5 支架 倒架和 架 间漏顶 现象 8 5 0 1 工作 面 由于 下端 头漏顶 ，导致半 个工作面的支架向下顺槽方向倾倒，最后 不得不 停产。 4 Z Y 5 6 0型支撑掩护式支架 的基本 特点为支架顶梁较长，掩护粱较缸后 立柱靠后设置而具有较高的切顶能 力，是 一 种适合在硬 顶板 条件下 使用的强力支 架 ，在大同、兖州等矿区使用 十分成功 。 但在开采大同王村矿 1 1 下煤层时，因 直 接 顶 薄 且 节理 层理 发 育 ，其 上 又为 l I 上煤层采后垮落的顶板岩块，因此 要求支架具有较高的对端面顶板的支护能 力，支架顶粱宜较短以便在控顶范围内减 少反复支撑对顶板的破坏作用，立柱向前 倾斜便于带压移架和清除顶粱上的浮矸 ， 整体的支架底座以利于支架在偏载状态下 的 稳定 。以上这些要求都是 ZY5 6 0支架 不 具备的 。 三 、对 1 l 下 煤层支 架选 型建议 1 ．J J 下 谋 层 顶 板 的 基 奉特 征 由于受到 1 1 上煤层开采的影响， l 1 下煤层 顶板比较破碎，其上方为无 胶性的垮落大小不一的砂岩块体，容易漏 顶，其岩体强度和整体稳定性都远不如完 整的 直接顶 。8 5 0 1 工 作面直接 顶节理 间距 仅 1 5 -2 0 c m，层理 间距为 1 2 -1 6 c m，直 接 顶 的单 向抗压强度 小于 3 5 MP a 因此 ，可 以确定 l 1 下煤层的直接顶为不稳定顶 板 ，其上 方为采后垮落的岩石 ，稳定性 差 ，工作 面 无周期压 力显现 ，顶板 能随工 作面推进及时垮落并完满采空区。 2 ．对 液 压 支 架选 型 的 建议 针对 l 1 下煤层顶板的基本特征和 Z Y5 6 0支撑掩护支架在 8 5 0 1 工作面与围 岩相互作用 过程 中存在 的问题，分析认 为，选用两柱掩护式支架开采 l 1 下煤 层将是有利的。 ① 两桂掩护式支架立桂前倾，通过调 节平衡千斤顶，一方面使支架粱端具有较 大的支护强度，另一方面顶粱较短又可带 较大压力移架，而且在移架过程 中自行清 除浮矸， 减少反 复支撑对 顶板的破 坏作 用。由于工作面压力不大且无周期压力， 采用两柱结构便于使用、维护和操作。因 此，两柱掩护支架有利于维护端面顶板的 一 4 3 维普资讯 稳定和对端 面顶板 有较好的控 顶能力。 ② 选用的掩护式支架设计采用整体底 座，左右立柱独立控制，支架将具有 良好 的整体稳定性．可以有效地防止在偏载时 支架的歪斜倾倒，也就避免了由于支架歪 斜造成的架同漏顶和窜矸。支架设计采用 及时移架方式及带伸缩粱结构，实现对新 暴露顶板的及时支护。 支架阻力的初步估算 根 据 1 1 下煤 层 8 5 0 1工作 面矿 压 观 测 结 果 ， Z Y5 6 0 支 架 实 际 阻 力 仅 2 0 0 0 - - 2 5 6 0 k N／架 ． 实际 支护 强 度仅为 3 0 0 4 0 0 k P a 充分考虑到 1 1 下煤层 顶扳的条件和掩护式支架有可能用于网 下 开采，可以对支架阻力及支护强度作以 下 计算 1 支架支护强度 PⅣ 1 ／ 1 H2 ‘ ‘ KD5 8 6 k P a 式 中日． 儿 下 煤层顶板垮落高度， 日 f_ 1 0 m ； 一 i 日， _ 二 1 I - F 层顶板厚度 2 ． 0 9 ． 5 m ， 取 H， 1 0 t n ； D 动载系数．KD1 ． 1 ； 岩石容重， 2 6 k N／m 。 2 支絮工 作阻 力 P H P H‘F， 3 8 4 0 kN 式中P u 支护强度，取p 6 0 0 kPa ； F ～顶粱面积， 约4 ．8 m‘ “ ． 一 ⋯ 掩护支架支撑效率， O ． 7 5 。 根据以上计算，可以确定支架的工作 阻 力 为4 0 0 0 k N／架 ， 支 护 强 度 为 6 0 0 k Pa 。 3 支架初撑力 P0P0‘ ，／ 0 2 5 6 0 k N／架 式 中p 。 一初撑支护强度，实测支护强度 P 为 3 0 0 4 0 0 k P a ,取 P 。 一4 0 0 k P a； 管路及液压系统泄漏压力损 失系数， 0 O ．7 5 ． 4 1初撑 力与工作阻力比值 ／PH 1 0 0％ 6 3 ％ 根据上面的计算及分析， 建议 1 1 下 煤 层 选 用 两拄 掩 护式 支架 ，支 架 初 撑 力 2 5 o 0 k N／架 ，工 作 阻力 4 0 0 0 k N／架 ， 支 护 强 度6 0 0 k P a ， 初 撑 支 护 强 度 为 4 0 0 k P a ，即可满足使用要求。 责任编辑朱明华1 放顶煤开采与支护设备研讨会 为总 结和变茂近几年放顼煤开采技术和 设备 使用经验，探讨放顼煤技术适用 条件和设备的改 进．煤炭工业矿 山压 力情报 中心站、支护与设备 分站 北京煤炭学会综采支护专业委员会，常州 安垒仪器厂联合召开研讨会。 会议内容包括1 ． 放顶煤开采专题报告；2 ． 放 嘎煤开采设备性能及选型要求；3 ． 有关 局矿经验 报告；4 ． 披嘎攥 开采的适用 条件，设备选型、工 4 4 艺方式 ，巷道布 置 支护及煤拄回收、防灭火技 术等问题讨论。 来 自局矿的领导和工程技术人员以及科研机 关， 高等院 校和机械 厂 的代 表近 百人参加 了会 议 放顶煤开采技术是当前我国煤炭生产中备受 关注的重要课题。与会代 表听取了阳泉矿务局的 技术经验 ，围绕有关问题广泛擦人 地散了讨论 ， 会议对披顶煤开采技术的健康发展起到作用． 丁 抽 } f I ■ ● 维普资讯