采高综放工作面顶板活动规律研究.pdf

垦奥笪苎兰 竺竺 大采高综放工作面顶板活动规律研究 刘克功 潞安环能股份公司王庄煤矿，山西长治0 4 6 0 3 1 摘要以潞安王庄煤矿6 2 0 3 大采高综放工作面为工程背景，采用现场实测的方法对大采高综放工作面 的顶板活动规律进行了研究。研究结果表明6 2 0 3 工作面来压步距的变化范围 以中部计 8 2 8n l ，来压 期间的动载系数在工作面上中下部分别为1 ．6 5 、1 ．6 3 和1 ．6 6 。与同条件下的普通综放工作面 6 2 0 5 工作 面 相比，工作面来压步距基本相同，采高增加后，对老顶的破断规律没有明显影响；大采高综放工作面来 压期间动载系数提高了2 7 ．3 ％。为大采高综放支架设计和工作面顶板管理提供依据。 关键词综放开采；大采高；顶板；矿压显现 中图分类号T D 3 2 3 文献标识码A文章编号1 0 0 5 ．2 7 9 8 2 0 0 8 0 6 ．0 0 0 9 ．0 3 S t u d y i n ga b o u tM i n i n gH i g h tF u l l y - m e c h a n i z e dC o a lW i n n i n g C a v i n gt h eR o o fA c t i v i t y L I UK e - g o n g W a n g z h u a n gC o a lM i n e ，L u t mE n v i r o n m e n t a lE n e r g yD 恍l o p m e r i tC o ．，L t d ．，C h a n g z h i0 4 6 0 3 1 ，C h i n a A b s t r a c t T a k i n g6 2 0 3m i m n gh e i g h tf u l l y - m e c h i n z e dw o r k i n gf a c ei nW a n g z h u a n gC o a lM i n ea 8e n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d ，u s i n gs c e n e m e R s n r ew a yt os t u d yt h er o o fa c t i v i t yr u l e ．T h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ep r e s s u r es t e pd i s t a n c ee x c u r s i o ni s8 2 8ma b o u t6 2 0 3f a c e w i t hc e n t r a ls e c t i o n ．T h em o v i n gm o d u l u si s1 ．6 5 ，1 ．6 3a n d1 ．6 6i np r e s s u r ep r o v i d e ．C o m p a r ew i t hc o n u n o n f u l l y - m e c h i n z e dw o r k i n g f a c ea s6 2 0 5 ，t h ep r e s s u r es t e pd i s t a n c ee x c u r s i o na r eb a s i c a l l yi d e n t i c a l ．I th a sn oe v i d e n c ei n f l u e n c ew i t hb r o k e nr u l eo fr o o fw h e ni n - c l e m s et h em i n i n gh e i g h t ．b u tt h em o v i n gm o d d u l u sh a v i n gi m p r o v e d2 7 ．3 ％．T h i sp r o v i d e8 0 m eb a s i sf o rd e s i g nm i n i n gh e i g h ts u p p o r t a n dm a n a g ew o r k i n gr o o f ． K e y w o r d s f u l l y - m e c h a n i z e dc o a lw i n n i n gc a v i n gt h er o o fm i n i n g ；m i n i n gh e i g h t ；r o o f ；o r ep r e s s u r ea p p e a r s 大采高综放开采由于结合了大采高综采与综放 开采的优势，避免了大采高综采工作面采煤机割煤 过高造成煤壁片帮的问题，同时也克服了综放开采 由于割煤高度小导致采煤机、前部刮板输送机能力 得不到充分利用的问题，适应性好，是综放开采工作 面实现年产千万吨，提高工作面产量的主要途径，是 未来我国厚及特厚煤层实现安全高产高效开采的重 要途径。但大采高综放开采加大了机采高度，同时 相应减少了顶煤厚度，必然引起顶板活动规律的变 化。必须掌握大采高综放开采条件下顶板的活动规 律及相对普通采高综放开采的变化特征。结合王庄 煤矿6 2 0 3 大采高综放工作面的条件，对大采高综放 开采条件下顶板的活动规律进行实测研究，为大采 高综放支架设计和工作面顶板管理提供依据。 置位于6 2 盘区，地面标高9 2 4 9 2 7i n ，工作面井下 标高6 2 6 ～6 7 4m 。工作面东接4 3 三下山放水巷，西 接6 2 胶带和轨道；南临6 2 0 1 未采面，北临6 2 0 5 已 采面。 工作面所采煤层为3 。煤层，平均厚度6 ．5 m ，倾 角2 ～6 0 。煤层赋存稳定，地质构造简单。煤层中一 般含夹矸3 ～5 层，节理发育。直接顶为砂质泥岩、 泥岩，老顶为砂岩、中砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩、 砂岩。 工作面中间支架采用Z F 7 0 0 0 ／2 0 ／4 0 型液压支 架，排头 尾 支架选Z F G 7 5 0 0 ／2 2 ／3 6 型支架，采煤 机选用M G T Y 4 0 0 ／9 3 0 3 ．3 D 型电牵引采煤机。 2 工作面顶板来压特点 1 大采高综放工作面概况 通过分析工作面三个测区安设在支架上的支架 6 2 0 3 工作面地面位于岭上村南，工作面井下位压力采集仪所采集的支架压力，分析研究工作面上 收稿日期2 0 0 8 - 0 3 ．1 8 作者简介刘克功 1 9 6 2 一 ，男，山西河津人，成绩优异高级工程师，博士，华北科技学院兼职教授，从事生产管理工作。 9 2 0 0 8 年6 月刘克功大采高综放工作面顶板活动规律研究第1 7 卷第6 期 覆岩层的活动与顶板来压规律。 工作面上部支护阻力随工作面推进的循环变化 规律，见图1 。上部老顶压力显现具有明显的周期 性，来压步距最大3 5 ．2m ，最小8m ，平均1 8 ．1 8m 。 工作面上部平均动压系数1 ．6 5 。来压期间支架最 大工作阻力75 7 8 ．1 2 5k N ，平均50 6 1 ．1 5k N ，分别 占额定工作阻力的1 0 8 ．3 ％和7 2 ．3 ％，来压期间支 架支护能力得到了较大的发挥，但富裕量较小。 Z ≤ 妖 雹 Z 岜 R 雹 11 5 凹鹉5 77 l 衢9 91 1 31 2 71 4 1 1 5 5 姻I 母研2 l I2 2 52 3 0 ∞ 循环数／个 a 1 2 0 “ 架支护阻力变化规律 l1 7 岛4 96 6 尉9 71 1 3 圆懈1 6 t1 7 7l 够妫2 2 5 加四 循环数／个 b 1 2 1 架支护阻力变化规律 图I工作面上部支护阻力随工作面推进循环的变化规律 工作面中部支护阻力随工作面推进循环的变化 规律，见图2 。来压期间支架最大工作阻力 78 0 5 ．1k N ，平均64 6 3 ．4k N ，分别占额定工作阻力 的1 1 1 ．5 ％和9 2 ．3 ％。中部来压步距最大2 4 ．8I l l ， 最小8m ，平均1 6 ．6 2I l l 。工作面中部平均动压系数 1 ．6 3 。 工作面下部支护阻力随工作面推进循环的变化 规律，见图3 。来压期间支架最大工作阻力 69 9 6 ．5k N ，平均51 7 8 ．9k N ，分别占额定工作阻力 的9 9 ．9 4 ％和7 3 ．9 8 ％。下部来压步距最大2 8 ．8m ， 最小8m ，平均1 8 ．1 3m 。工作面下部平均动压系数 1 ．6 6 。 Z ∈ R 雹 Z 岜 R 圜 1丑41H8 1埘协Ⅲ坝埘加l 盔矩掘 循环数，个 a 6 0 “ 架支护阻力变化规律 11 7 岛铂6 58 19 7I t 3 圆蜥1 6 I1 7 7l 够期2 2 5 驰柳2 7 3 循环数，个 b 1 2 1 ’架支护阻力变化规律 图2 工作面中部支护阻力随工作面推进循环的变化规律 由此可见，6 2 0 3 工作面上、中、下部三个部位统 计所得的来压步距最大值不同，但平均来压步距相 近，工作面周期来压步距为1 7m 左右。工作面三个 部位统计所得动载系数相近，以中部为例，见表1 。 表1 中部顶板来压特征 1 0 咖㈣咖咖咖咖咖咖。 咖㈣晰喊呲j詈咖咖。 的Ⅺ加∞砷的的∞o ∞∞∞m∞∞∞∞o 眦Ⅸ叫Ⅸ叫ⅨⅨⅨ 0 O 0 0 O O 0 0 2 0 0 8 年6 月刘克功大采高综放工作面顶板活动规律研究第1 7 卷第6 期 3 与普通综放工作面来压特点之间的比较4 工作面面长方向的压力分布 王庄煤矿6 2 0 5 工作面与6 2 0 3 工作面为同采3 。 煤层的相邻工作面，围岩地质条件基本相同。6 2 0 5 工作面采用Z F S 一6 0 0 0 ／1 7 ／3 3 型综放液压支架，支 护强度0 ．7 9M P a ，移架步距0 ．8i n ，工作面采高2 ．8 3 ．0I t l l 。6 2 0 3 与6 2 0 5 工作面中部矿压观测结果 对比，见表2 。 7 8 堇2 R 4 爱i 1 循环数／个 a 1 0 j 架支护阻力变化规律 循环数／个 b 1 l - 架支护阻力变化规律 图3工作面下部支护阻力随工作面推进循环的变化规律 表26 2 0 3 与6 2 0 5 工作面中部矿压观测结果对比 两工作面来压步距的变化范围略有不同，6 2 0 3 工作面最大来压步距较6 2 0 5 工作面增加1 ．8m ，最 小来压步距较6 2 0 5 工作面减小3I n ，平均来压步距 基本相同，相差0 ．1 8m ，说明采高的增加 3 ．O 一 3 ．5r 1 1 及支架型号的改变对老顶破断规律没有影 响。 6 2 0 3 工作面来压期间工作阻力 64 6 3k N 比 6 2 0 5 工作面来压期间工作阻力 55 4 8k i n 高 1 6 ．5 ％，但其非来压期间工作阻力 37 8 9k N 较 6 2 0 5 工作面 43 2 8k N 低1 4 ．5 ％。6 2 0 3 工作面来 压动载系数较6 2 0 5 工作面高2 7 ．3 ％。 统计结果表明，6 2 0 3 工作面非来压期间支架工 作阻力偏低，需通过加强支护操作管理，提高支架初 撑力等使工作面顶板支护质量进一步提高，为工作 面的生产提供更有利的安全保障。 受煤层倾角、开采边界条件、回采工艺、煤岩赋 存条件及支护质量等因素的影响，工作面沿面长方 向的压力会有所不同。实测分析得到工作面在来压 期间和非来压期间沿面长方向的压力分布，见图4 。 Z 长 瑙 器 懈 4 垂 脒l 似1 o f o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o o O o 0 0 0 0 支架分布位置 b 来压期间时间加权阻力 c 非来压期l 司末阻力 d 非来压期间时间加权阻力 图4 顶板压力沿工作面面长方向分布情况 分析结果表明，来压和非来压期间工作面顶板 压力沿工作面方向都呈现出两端头压力低，而中部 压力相对较高的现象，如来压期间，中部末阻力分别 是上下两端头末阻力的1 ．2 8 倍和1 ．2 7 倍。两端头 相比，下部比上部压力略大。由此可知，工作面顶板 管理的重点是要切实加强中部顶板的控制，防止片 帮和冒顶的发生。 5 结论 1 6 2 0 3 工作面来压步距的变化范围 以中部 计 8 2 8m 。来压期间的动载系数，在工作面上中 下部分别为1 ．6 5 、1 ．6 3 和1 ．6 6 。 2 与同条件下的普通综放工作面 6 2 0 5 工作 面 相比，工作面来压步距基本相同，采高增加后， 对老顶的破断规律没有明显影响；大采高综放工作 面来压期间动载系数提高了2 7 ．3 ％。 3 大采高综放面顶板压力沿面长方向表现 为两端头压力低，而中部压力相对较高；两端头相 比，下部比上部压力略大。 参考文献 [ 1 ] 钱鸣高，刘听成．矿山压力及其控制 修订本 [ M ] ． 北京煤炭工业出版社，1 9 9 1 ． [ 2 ]陈炎光，钱鸣高．中国煤矿采场围岩控制[ M ] ．徐州 中国矿业大学出版社，1 9 9 4 ． [ 责任编辑张雪松] 1 1 大采高综放工作面顶板活动规律研究大采高综放工作面顶板活动规律研究 作者刘克功， LIU Ke-gong 作者单位潞安环能股份公司,王庄煤矿,山西,长治046031 刊名 煤 英文刊名COAL 年，卷期2008，176 被引用次数2次 参考文献2条参考文献2条 1.钱鸣高.刘听成 矿山压力及其控制修订本 1991 2.陈炎光.钱鸣高 中国煤矿采场围岩控制 1994 相似文献10条相似文献10条 1.会议论文 毛德兵.康立军.姚建国 关于大采高综放开采的思考 通过对加大厚煤层工作面通风断面途径的分析,结合综放开采工艺与大采高综采工艺提出了在高瓦斯厚煤层采用大采高综放开采提高工作面通风能力 的思路.根据比较支架架型与割煤高度对工作面通风断面的影响,建议在高瓦斯厚煤层优先采用反四连杆支撑掩护式大采高放顶煤支架.按照“以风定产“的 原则比较了大采高综放与普通综放开采工艺在不同瓦斯相对涌出量时的产量,根据比较结果,大采高综放开采是高瓦斯厚煤层实现安全高效开采的一种新 途径,应用前景广阔. 2.期刊论文 徐德祥 大采高综放开采及其在高瓦斯厚煤层开采中技术分析 -黑龙江科技信息2010,““20 根据当前综放开采技术发展水平,通过分析影响综放工作面产量进一步提高的主要原因,提出了大采高综放开采的概念并指出该方法是综放工作面实 现年产1000万t的重要途径.按大采高综放工作面实现年产1000万t的要求,主要从设备配套的角度分析了大采高综放开采应用的可行性. 3.期刊论文 闫少宏.尹希文.YAN Shao-hong.YIN Xi-wen 大采高综放开采几个理论问题的研究 -煤炭学报 2008,335 提出大采高综放开采的概念,对大采高综放开采主要基础理论问题如大采高综放开采工作面参数的确定、煤壁片帮冒顶机理与防治、提高工作面煤 炭采出率、大断面高煤帮巷道支护、围岩活动规律与特种综放支架研发进行了探讨,以期推动这一技术的发展. 4.期刊论文 毛德兵.康立军 大采高综放开采及其应用可行性分析 -煤矿开采2003,81 根据当前综放开采技术发展水平,通过分析影响综放工作面产量进一步提高的主要原因,提出了大采高综放开采的概念并指出该方法是综放工作面实 现年产1000万t的重要途径.按大采高综放工作面实现年产1000万t的要求,主要从设备配套的角度分析了大采高综放开采应用的可行性. 5.期刊论文 黄炳香.刘长友.牛宏伟.王君.HUANG Bing-xiang.LIU Chang-you.NIU Hong-wei.WANG Jun 大采高综放 开采顶煤放出的煤矸流场特征研究 -采矿与安全工程学报2008,254 采用理论和散体模型实验分析了大采高综放开采放煤口参数、采放比、放煤工序和放煤步距对煤矸流场的影响.大采高综放开采煤矸流场特征主要表 现为1支架移架使顶煤放落后顶煤层位线和煤矸分界线的斜率变陡,明显比普通采高条件下的斜率大;2放煤过程中煤矸的流动速度变快,在相同放煤步 距条件下,在采高水平上煤矸分界线与支架顶梁末端的距离缩小;3受采放比、掩护梁角度和放煤口尺寸影响而易于混矸.合理放煤步距移架后放煤前的煤 矸分界线应略偏后于尾梁下部边界.基于以上研究结果.确定了大采高低位综放开采给定采放比、放煤口尺寸和煤矸块度条件下最佳放煤工艺参数. 6.期刊论文 王君.刘长友.黄炳香.WANG Jun.LIU Chang-you.HUANG Bing-xiang 厚煤层大采高综放开采的放煤工艺 参数研究 -能源技术与管理2008,““6 针对兴隆庄矿1308大采高综放工作面条件,通过理论分析、物理相似模拟和数值计算,分析了机采高度改变对煤岩冒放规律的影响,确定采用4 m的机 采高度以及相应的放煤步距,同时得出了最佳放煤方式,为厚煤层大采高综放开采确定合理的放煤工艺参数提供了依据. 7.期刊论文 刘峰.LIU Feng 屯留煤矿高瓦斯松软厚煤层大采高综放开采技术 -煤炭科学技术2008,362 基于高瓦斯松软厚煤层通常采用普通综放开采,工作面割煤高度小于3.0 m,同时受工作面通风断面影响,工作面瓦斯经常超限,工作面单产较低.屯留 煤矿为提高工作面单产,在数值模拟分析煤壁稳定性的基础上,论证了大采高综放开采工艺是适应的,确定了该矿大采高综放液压支架主要参数.实践表明 ,大采高综放开采是高瓦斯松软厚煤层进一步提高单产的有效途径. 8.期刊论文 成苏平.CHENG Su-ping 山区大采高综放开采地表移动规律研究 -煤矿开采2008,134 为研究山区大采高综放开采地表移动规律,也为今后“三下“压煤开采和留设保护煤柱提供基础数据,在寺河矿3302工作面上方建立了地表移动观测站 ,通过对观测资料的分析研究,获得了该区条件下地表移动规律和有关岩移参数. 9.期刊论文 孟庆坤.MENG Qing-kun 涡北矿大采高综放开采及其液压支架选型 -煤炭科学技术2007,358 介绍淮北涡北矿复杂厚煤层条件及开采工艺和液压支架选型,针对矿井煤层厚度变化大的特点,提出大采高放顶煤两用支架的选型方案,分析大采高放 顶煤液压支架的适应性. 10.期刊论文 苑剑锋.孟令辉.盛时超 大平煤矿特厚煤层大采高综采与综放开采可行性分析 -中国科技博览 2010,““2 随着采煤技术的发展,煤矿井工开采增产的模式已经不再依靠工作面和人员数量的增加,其增产和增盈的增长点转为合理选择开采方法、改革采煤工 艺、提高矿井综合机械化程度和集约化生产.同世界其他国家一样,当前我国在厚煤层条件下实现高产高效的途径主要有两种大采高综合机械化开采和综 合机械化放顶煤开采.同时这两种采煤工艺也代表了世界采煤技术发展的趋势.本文结合生产实际,对这两种采煤工艺进行了全面对比分析. 引证文献1条引证文献1条 1.邹光华.张凤岩.苑学海 四老沟矿大采高工作面矿压显现规律研究[期刊论文]-华北科技学院学报 20092 本文链接 授权使用太原理工大学tylgIP，授权号6290281e-58fb-4a6b-869c-9e5b00c7a6d3 下载时间2010年12月29日