采场薄板矿压理论在矿压观测中的应用.pdf

囡即狙E ≥ 文章编号 1 0 0 6 4 8 7 7 2 0 0 6 1 1 - 0 0 5 6 0 3 采场薄板矿压理论在矿压观测中的应用 李金元 摘要 根据煤 层及其顶板岩 层钻孔 资料 、煤层 和岩层 的物 理力学性质指标、煤层开采技术条件等，应用采场薄板矿压 理论对采煤工作面的矿压规律进行 了理论计算分析 、定量预 测 。 关键词 薄板； 矿压观测； 应用 中图分类号 T D3 文献标识码 A 1 采场薄板矿压理论 太原理工大学矿业工程学院于 1 9 8 2年开始把 弹性薄板理论应用于采场稳定岩层控制分析中，针 对采煤工作 面不 同边 界条件建立 了相应 的力学模 型。分析了顶板 的下沉规律 、压力分布规律 、断裂 过程、来压步距以及来压强度等，创立了采场薄板 矿压理论 。编制了 R S T采场矿压计算专用软件。所 谓采场薄板矿压理论是把断裂前的顶板岩层视为薄 板 。断裂后视 为铰接板 ，设法借助 于弹性 薄板理 论 。结合煤矿地下开采 中的工程实际建立力学模型 和进行定量分析 ，力求用理论计算方法定量确定顶 板岩层 的来压步距和来压强度 ，并使其尽可能达到 工程应用的程度 2 采场薄板矿压理论在矿压观测中的应用 太原煤炭气化集团公司炉峪口煤矿 以下简称 炉峪口煤矿地质条件复杂，顶底板岩层结构变化 幅度较大 ，8 煤层 1 8 2 0长壁工作 面范 围内的 3个 地质钻孔分别为 3 5 2 ．9 4 4 和 9 7 4 。采场薄板矿压 理论计算是根据 1 8 2 0工作面开采技术条件和煤 岩 物理力学性质指标 ．对 8 煤层 1 8 2 0工作面顶板岩 层结构进行分析 ．应用由采场薄板矿压理论编制的 R S T采场矿压计算软件对 1 8 2 0工 作面顶板来压规 律进行计算预测。 2 ． 1 8 煤层 1 8 2 0工作面地质概况 8 煤层 1 8 2 0长壁工作面采区内 3个代表性地 质钻孑 L 分别为 3 5 2 ．9 4 4 和 9 7 4 ，其揭露的 8 煤层 收稿 日期 2 0 0 6 0 9 1 4 ； 修 回日期 2 0 0 6 0 9 2 4 作者简介 李金元 1 9 6 2 一 ， 男， 山西浑源人。1 9 9 3年 7月毕 业于北京煤炭干部 管理 学院， 工程 师。 及其顶底板岩层组成情况如表 1 所示。 表 1 8 煤层及 其顶底板岩层组成情况表 ／ m 钻孔8 煤层 采深直接顶 基本顶 底板 s2 2． 8 8 2 5 3 9 4 4 2 6 4 1 9 0．37石 1 灰 ．3 2 岩 9 7 4 3 ． 1 5 2 7 5 ． 8 5 0泥 ．7 岩 0 平 均 2 ． 8 9 2 2 2 ．2 5 1 、 1 2 3 5 平 2 9 均 4 2、 76 1 95 - 4 5 1 ． 3 3 羹 荸 ．⋯5 6 昆 菪 0 ．6 5 2 ．4 5 ． 4 01 0 4 砂 ％ 考2 、4 砂 质 泥 岩4 _7 1 细 砂岩2 ．5 8 ⋯～ ⋯⋯ 砂 ． 拳0 ．8 0 ；屯 暑 7 ．5 0 粉 砂岩3 4 0 ～ 2 ． 2 8 煤层长壁工作面矿压规律预测 炉峪 口煤矿 8 煤层顶板来压计算初始参数 工 作面采长 为 1 0 0 ． 0 0 m；工作面采高 为 2 ． 3 0 m；支架初撑力 P 0 为 1 0 0 t ／ m ；直接顶岩层容重 p 为 2 ． 7 0 t ／ m ；直接顶岩层厚度 ． 为 1 ． 3 4 m；顶 煤厚度 。 为 0 ；顶煤容重 p 。 为 1 ． 3 9 t ／ m ；直接顶 岩石抗拉强度 为 1 2 0 3 ． 0 0 t ／ m ；直接顶岩层抗 拉强度系数 K． 在 0 ． 2 ～ 0 ． 4之间 ；直接顶 总厚 度 ∑h 为 h 。 ；直接顶 岩层碎胀系数 K 为 1 ． 2 5 ； 基本顶岩层容重 p 为 2 ． 6 0 t ／ m ；基本顶 岩石 的抗 拉强度 o r 。 为 3 5 5 ． 0 0 t ／ m ；基本顶岩层抗拉强度 系 数 K 为 0 ． 6 ，0 ． 7 ，0 ． 8 ，0 ． 9 ；基本顶承载岩层厚度 为 5 ． 0 2 1T I ；基本顶岩层断裂角 为 6 0 。 ；基本 顶岩层断裂面粗糙系数 C 为 1 0 ，1 5 ；基本顶岩 层断裂面抗压强度 j c s 为 3 5 4 8 ． 0 0 t ／ m ；基本顶断 裂面基础摩擦角 为 3 0 。 ；基本顶岩层挤压高度 系数 G 为 0 ． 0 7 1 。 2 _ 2 ． 1 直接顶初次垮落步距 根据邻近 1 8 2 0工作 面的 3 5 2 ，9 4 4 钻孑 L 柱状 和工作面两顺槽掘进 的揭露情况 ，取工作面直接顶 h 为 1 ． 3 3 1 T I 石 灰岩 ，按 四边 固支单 向板 计算 ， 即 r ■ 一 、 ／ 1 V qI 式 中 直接顶初次垮落步距 ，1T I ； 维普资讯 K。 直接顶岩层抗拉强度系数 O t 直接顶岩石抗拉强度 ．t ／ m q 。 直接顶荷重集度。t ／ m 。 当K。 0 ． 2时 ，由式 1 可得 f 。 l 5 ． 3 7 m；当 Kl 0 ． 4时 ，f o 2 1 ． 7 3 m。因此 ，8 煤层 1 8 2 0工作 面直接顶岩层初次垮落步距在 l 5 ． 3 7 ～ 2 1 ． 7 3 m之间。 2 ． 2 ． 2 基本顶来压步距和来压强度 根据采 区内 3 5 2 和 9 4 4 钻孑 L 柱状 、8 煤层及 其顶底板岩层 物理力学性质指标 等有关参数 ，由 R S T采场矿压计算软件得 出的主要计算结果包括 1 基本顶初 次来压步距 L 。 在 2 5 ． 7 8 3 2 ． 2 3 m之间．平均 2 9 ． 0 8 m 2 基本 顶初 次 来 压 强度 Z H。 在 1 5 0 ． 8 8 ～ 2 0 6 ． 5 9 t ／ m 之 间 ．平 均 1 7 8 ． 5 8 t ／ m 或 控 顶 距 以 3 ． 2 0 m计 ，则顶 板初 次来压强 度 P 。 在 4 7 ． 1 5 ～ 6 4 ． 5 6 t ／ m 之间 3 基本顶二次断裂步距 L 在 5 ． 9 6 ～ 6 ． 0 2 m 之问。 4 基 本顶 二 次来 压 强 度 Z H 在 1 0 4 ． 9 5 ～ 1 2 0 ． 0 0 t ／ m 之间 ；或控顶距 以 3 ． 2 0 m计 。则顶板二 次来压强度 在 3 2 ． 8 0 ～ 3 7 ． 5 0 t ／ m 之间。 5 基本顶周期来压步距 厶在 7 ． 5 2 ～ l 0 ． 0 6 m 之间。 6 基 本 顶 周期 来 压 强 度 Z H在 1 1 4 ． 1 5 ～ 1 6 9 ． 3 7 t ／ m 之间或控顶距 以 3 ． 2 0 m计 ，则顶板周 期来压强度 在 3 6 ． 6 7 ～ 5 2 ． 9 3 t ／ m 之间。 2 ． 3 8 煤层 1 8 2 0长壁工作面矿压观测 2 ． 3 ． 1 工作面矿压观测的 目的和内容及方法 2 ． 3 ． 1 ． 1 矿压观测 的目的 1 根据炉峪 口煤矿 8 煤层 1 8 2 0长壁工作面矿 压计算预测结果和 8 煤层 的赋存条件以及回采工艺 等具体情况 ，制定矿压观测方案 ，其主要 目的是通 过对 8 煤层 1 8 2 0长壁工作面的实际矿压观测研究 分析采场矿压规律 ，从面为生产中的顶板管理提供 科学依据 。 2 通过对 矿压观测结果的分析 ，可对炉峪 口 煤矿 8 煤层 1 8 2 0长壁工作 面支护设备和现行支护 方案进行评价 ，并为改进和完善支护设备和现行支 护方案提供依据 ，以求在保证安全的前提下 ，取得 更好 的经济效益和社会效益。 2 ． 3 ． 1 ． 2 矿压观测内容 1 顶煤初次垮落步距 ； 5 7 繁 国豳■E 圜 蠡 蠡 冀 羹 囊 - 置 | ■ ● ■ ■ ■ ● ■ ■ ■ - l ■ 2 直接顶岩层初次垮落步距 ； 3 基本顶初次来压步距及其来压强度 4 基本顶周期来压步距及其来压强度 2 ． 3 ． 1 ． 3 矿 压观测 方法 工作面顶板压力观测是应用单体液压支柱工作 阻力巡 回检测仪．通过测量工作面设定的机头测 区 2对梁下的 l 2根单体液压支柱 ．中部测区 3对梁下 的 1 8根单体液压支柱和机尾测区 2对梁下的 l 2根 单体液压支柱的实际工作阻力跟班观测来实现 在 生产过程 中，除对所有设 定的 4 2根单体液压支柱 进行观测外 ，还要观察工作面所有单体液压支柱的 工况 ．统计工作面机道上方顶板的完整状况 ，并将 工作面矿压显现情况跟班记 录．将实测结果填人矿 压观测记录表 2 ． 3 ． 2 工作面矿压观测过程 炉峪 口煤矿 8 煤层 1 8 2 0长壁工作面于 2 0 0 5年 7月 2 9日开始试采 ，矿压观测工作与此 同时进行。 截至 2 0 0 5年 8月 2 9日工作面推进约 1 2 0 ． 0 0 m．获 得了近 1 5 0 0个有效的矿压观测数据 ．观测到 了直 接顶初次垮落 ，基本顶初次来压和周期来压 。达到 了矿压观测的预期 目标 2 ． 3 ． 2 ． 1 直接顶岩层初次垮落步距 根据采场薄板矿压理论计算预测 ，工作面石灰 岩直接顶岩层垮落步距 在 l 5 ． 3 7 ～ 2 1 ． 7 3 n l 之间 包 括 开 切 眼 宽 度 和 控 顶 距 2 0 0 5年 7月 3 1日 l 6 0 0 ，机头推进 l 2 ． 7 0 n l ，机尾推进 l 5 ． 8 0 n l 时 ， 顶板压力增高 明显 ，随后顶板压力平稳下降，由其 推断直接顶初次垮落完成。为此 ，将 8 煤层 1 8 2 0 长壁工作面石灰岩直接顶岩层初次垮落步距确定在 l 2 ． 7 0 ～ l 5 ． 8 0 m之间 ，平均 l 4 ． 2 5 m。 2 ． 3 ． 2 ． 2 基本顶来压步距 根据采场薄板矿压理论计算预测 ，8 煤层 1 8 2 0 长壁工作面粉砂岩 、砂质泥岩基本顶岩层初次来压 步距在 2 5 ． 7 8 ～ 3 2 ． 2 3 m之间 ，平均 2 9 ． 0 8 m。2 0 0 5年 8月 4日 1 5 0 0 ，机 头 推 进 2 9 ． 2 0 m，机 尾 推 进 4 2 ． 1 0 m时 ，顶板 压力先后 出现最高 峰值 。此后 ， _T作 面没有大的压力显现。为此 ，将 8 煤层 1 8 2 0 长壁工作面粉砂岩 、砂质泥岩基本顶岩层初次来压 步距确定在 2 9 ． 2 0 ～ 4 2 ． 1 0 m之间，平均 3 5 ． 6 5 m。 2 ． 3 ． 2 ． 3 顶板来压强度 矿压实测数据表明 ，顶板来压期间支柱压强一 般在 l 0～ 1 3 MP a之间 单柱平均载荷在 1 0 t ／ 柱左 维普资讯 右 ，仅 占到单体液压支柱额定 工作压 强的 5 0 ％。 由此得出结论 现行支护方案的支护强度是偏大的 2 ． 4 主要结论和建议 1 炉峪 口煤矿 8 煤层 1 8 2 0长壁工作 面于 2 0 0 5年 7月 2 9日开始试采 ，矿压观测工作与此 同 时进 行 ．截 至 2 0 0 5年 8月 2 9日工 作 面 推进 约 1 2 0 ． 0 0 m，获得 了近 1 5 0 0个有效的矿压观测数据 ． 观测到了直接顶初次垮落 ，基本顶初次来压和周期 来压 ．达到了矿压观测 的预期 目标。 2 8 煤层 1 8 2 0长壁工作面直接顶初次垮落步 距、基本顶初次来压步距、周期来压步距等矿压规 律的理论计算预测结果与实测结果基本一致。 3 8 煤层 1 8 2 0 长壁工作面直接顶的稳定性类 别确定为二类 中等稳定 基本顶的来压显现类级确 定为 Ⅱ级 ．来压显现明显 4 8 煤层 1 8 2 0 长壁工作面现行支护方案满足 生产要求 ，但现行支护方案的支护强度偏大。 5 由于炉峪 口煤矿的地质条件复杂 ．顶板条 件变化大 ，顶板的支护强度和支护密度必须同时考 虑。为此 ，在满足支护密度要求的条件下 ，可以适 当降低工作面的支护强度 加大顶梁的排间距 ， 以在满足安全生产的情况下 ，提高生产效率 。 太 原煤 气化集 团公 司生产处 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 责任编辑刘长生 App l i c a t i o n o f St o pe S he e t M i ne Pr e s s ur e Th e o r y i n t h e M i n e Pr e s s ur e Obs e r v a t i o n Li J i n y u a n Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e c o a l l e v e l a n d i t s t o p b o a r d t e r r a n e d ri l l i n g i n f o r ma t i o n ， c o a l l e v e l a n d p h y s i c s d y n a mo p r o p e r t y i n d e x ， c o a l mi n e e x p l o i t a t i o n t e c h n i q u e t e rm s e t c ， t h i s p a p e r ， u s i n g t h e s t o p e s h e e t mi n e p r e s s u r e t h e o r y ， t o t h e mi n e p r e s s u r e l a w o f e x c a v a t e c o a l i n g wo r k i n gf a c e， c a l c ul a t e s an a l yz e s f o r e c a s t s i nfixq ua n t i f yt h e o r e t i c a l l y ． Ke y wo r d s s h e e t ； mi n e p r e s s u r e o b s e r v a t i o n； a p p l i c a t i o n 上 接 第 5 2页 采购成本和销售费用 ．大力开发先进的安全生产监 测 、监控系统 ，提高矿井 自动化生产水平。 3 ． 5 经营战略柔性化 企业战略的柔性则是指企业战略要与环境相匹 配 ，并形成互动 ，不断地加大变革力度。 煤炭企业是一个开放的具有多层次的 、复杂 的 动态系统，煤炭企业要重视从系统的角度来制定战 略策略 、组织生产计划 、营销计划 、开展全面质量 管理，从而实现全方位的优质化管理目标；要根据 市场导向 、外界环境的变化及企业 内部的具体情况 随时调整战略方向，增强战略的适应性 。煤炭企业 要加强市场调研 ．制定科学的营销策略 ，及时掌握 用户需求和市场变化。同时 ，要坚持诚信经 营，用 户至上．稳定重点用户和长期合作用户．淘汰信誉 差的用户，避免市场风险，提高营销管理水平。 总之 ，柔性管理实质上是刚性管理 的完善 、补 充 ，是在刚性管理基础上 ，管理 思想和管理方法的 升华 煤炭企业的柔性管理在 保持适度刚性 的同 时，尽可能的提高管理 的柔性 ．使企业管理有刚有 柔 、刚柔相济．更加科学 、灵活 、高效。 大同煤矿 集 团公 司总医院 ，山西 大同0 3 7 0 0 3 责任编辑赵娟 Di s c us s i o n o n t he Fl e x i bl e M a na g e me nt o f Pe r s o na l Re s o ur c e s i n Co a l I n dus t r y En t e r pr i s e ’ W e i W e i Ab s t r a c t Al o n g wi t h t h e d e v e l o p me n t o f ma r k e t e c o n o my ， t h e a b i l i t y o f a t t r a c t i n g ， c u l t i v a t i n g a n d k e e p i n g t a l e n t h a s b e c o me t h e f u n d a me n tal r e a s o n f o r e n t e r p ri s e s ’ s u c c e s s a n d c o mp e t i t i v e p o we r k e e p ． Th i s p a p e r e x p o u n d s t h e c o n n o tat i o n o f p e r s o n a l r e s o u r c e s ma n a g e me n t ， p o i n t s o u t t h a t i t i s n e c e s s a ry t oa d o p t fle x i b l e ma n a g e me n t i n t h e c o a l i n d u s t r y ． Ke y wo r d s c o a l i n d u s t r y ； p e r s o n a l r e s o u r c e s ； fl e x i b l e ma n a g e me n t 58 维普资讯