支架工作状态与顶板支护效果关系分析.pdf

2 0 0 3 年第4 期 中州煤炭 总第 1 2 4 期 支架工作状态与顶板支护效果关系分析 宋江 学 永 煤 集 团公 司 陈 四 楼 煤 矿 ， 河 南 永 城4 7 6 6 0 0 摘要 通过对陈 四楼煤矿综采面顶板特性及破坏机理 的研 究， 提 出 了掩 护式支 架合理 的工作 状态 ， 并对工作 面出现 的 3种不合理工作状 态进行分析。 关键词 顶板特性 ； 掩 护式支架； 合理工作状态 中图分类号 T D 3 5 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 0 3 o 4 0 0 1 1一 O 2 陈四楼煤主要开采二 煤层 ， 目前综采共 回采 了 2 1 0 1 、 2 1 0 3 、 2 1 0 2 、 2 1 0 5 、 2 4 0 1 、 2 7 0 1等 8个 工 作 面， 工作面长 1 5 01 9 0 m， 煤层倾角 5一l 3 。 。煤层 厚 2 ． 4 2 ． 7 m， 平均厚 2 ． 5 m， 煤层硬度 0 ． 9 2 ， 属低 瓦斯矿井 。伪顶为 0 ． 7 m泥岩 ， 直接顶为炭质泥岩 、 砂质 泥岩 ， 厚 2 ． 3 m； 基 本顶 为细 砂岩 石 ， 厚 1 0 ． 0 m； 煤层 底板 为 l 9 ． 8 m细 砂岩 ， 偶有 条带形 夹矸 。 选用 Z Y 4 2 0 0 ． 1 4 ／ 3 2 、 Z Y 3 5 0 0 1 4 ／ 3 2型综采支架 支 护顶板 ， 采 空 区采 用 全部垮 落法 。在 回采期 间 ， 由 于支架工作状态不好 ， 2 1 0 3 、 2 1 0 5曾多次发生大面 积冒顶 ， 使生产一度处于被动局面。 l 煤层顶板特性及其破坏机理 从陈 四楼煤矿 回采 的 8个工作面来看， 伪顶 为 泥岩 组成 ， 厚度 不 大 ， 在 回采 过程 中随 采 随 垮 ， 对 支 架基 本无 影 响 。直 接 顶 由炭 质 泥 岩 和 砂 质 泥 岩 组 成 ， 个别工作面厚度 变化较大 ， 属复合顶 板 ， 2 1 0 3 、 2 1 0 5工作 面 即属此 类顶板 ， 有 一定 的强 度和支 撑 力， 但经不住采场动、 静压力的影响。刚暴露出来的 直接顶 ， 在无支撑的情况下 ， 一般 3 O一 6 0 mi n后与 基本顶 离层 下沉 或 自身 垮 落 。直 接顶 的下 沉 、 垮 落 会使集 中压力前 移， 煤壁 片帮 。基本顶 由强度较高 的细砂岩组成 ， 厚度较大 ， 和直接顶相 比， 整体性较 强 。 有 较长 的悬 臂 能 力 ， 但 随着 直 接 顶 离 层 下 沉 垮 落 ， 它的悬臂不断加长， 达到一定的极限就会断裂下 沉 ， 反过来 给直接顶 施加压力 ， 使 采场矿压异 常增 大 ， 复合顶板表现的尤为明显 。 由上述工作面顶板特性 可知 ， 降低采场压力防 收疆 日期 2 0 0 30 2 2 8 作者篱 介宋江学 1 9 7 0一 ， 男 ， 河 南南 阳人 ， 工程 师， 1 9 9 3年毕业 于焦作工学 院 ， 现任陈 四楼矿综采队队长。 止 冒顶 ， 首先必须在控顶距 内控制住直接顶和基本 顶的离层 。从 2 1 0 3 、 2 1 0 5 、 2 4 0 1采面的回采 实践证 明， 离层首先发生在不 同岩层接触面上或较低强度 的夹 层 中 ， 如 果 下 部 岩层 的挠度 大 于 上部 岩 层 挠度 ， 则发 生离层 ， 反 之则 不会 发生离 层 。 在正常的采煤过程中， 煤层顶板可以看作前方 由煤 壁 、 后 方 由垮落矸 石 或 支架 支撑 的简支 梁 。 简支梁弯沉时的最大挠度为 其中， z 为悬露顶板长度； E为岩层 的弹性模量； m为岩层厚度； 为岩体的密度。 在采煤工作 面控顶区及放顶线附近， 顶板岩层 在 白重作用下处于预备 弯曲状态， 一旦下部岩层离 层失去支撑， 若符合离层条件 ， 则弯曲下沉 ， 与上部 岩层离层。根据陈四楼煤矿对二 煤层勘探的资料 计算得知， 二 煤层 的直接顶和基本顶满 足上述 离 层条件 ， 在现场回采 中也得到证实。因此 ， 必须充分 发挥支架的支撑控制作用 ， 使其有合理的工作状态 ， 防止直接顶与基本顶的离层 ， 避免工作面冒顶， 从而 达到有效控制顶板 的目的， 实现安全生产。 2支架的合理工作状态 由分析可知， 直接顶弯曲时其最大挠度与其悬 露长度的4次方成正 比， 并且与支架支护效率成反 比， 力求悬露长度最小就能保证 直接顶的完整和稳 定 ， 同时提高支架对顶板的支护效率， 减少顶板的断 裂 和下沉 。一 般煤 机 割后 的顶 板 应 是 平 整 的 ， 支 架 应与煤层顶板倾度相适应， 支架应升紧具有一定 的 初撑力 ； 顶梁与顶板完全接触 ， 保证支架与煤壁间的 空顶距离最小 ， 及支架上方放顶线后方没有悬露顶 1 1 维普资讯 2 0 0 3 年第4期 中州煤炭 总第 1 2 4期 板。达到以上要求要克服 3种不合理工作状态 1 支架升 不 紧 ， 与 顶 板完 全 脱 离 接触 ， 顶 板 悬 露 长度 为煤层 到 支架 放 顶 线 以后 的距 离 ， 此 时 直 接 顶最易与基本顶离层垮落 ， 而且使放顶线前移在煤 壁 处造 成切 顶 图 1 a 。 2 支架 前 梁 下 扎 与 顶 板 脱 离 接 触 ， 只 在 放 顶 线 处 与顶板 成 “ 线 接触 ” ， 顶板 悬 露 长 度为 煤 壁 到支 架放顶 线距 离 ， 此 时 直 接 顶极 易与 基 本 顶 离层 而 垮 落， 而且波及到放 顶线以前整个控顶距 内， 在 2 4 0 1 工 作面 经常 出现顶 梁下 扎而 采空 区矸 石垮落 在机 道 内 ， 且平 衡千 斤顶 受压 造成严 重损 坏 图 1 b 。 3 支架 前 梁 上 挑 ， 支 架 前 端 与 顶板 线 接 触 而 其余大部分脱离顶板 ， 虽然架前悬露顶板长度 z 值 较 小 ， 但 由于支架 前 端 的 支撑 力 很 小 没有 起 到 支 撑 顶板的作用 。此时 z 值是煤壁到垮落带支撑点 间的 长度 ， 达到 最大值 。这 时直 接顶 首先 与基本 顶离层 ， 进 而 断裂 、 垮落 ， 其 次 基 本顶 下 沉 作 用 在直 接 顶 上 ， 使 采场 矿压 增大 ， 甚 至压死 支架 图 1 c 。 图 1 支架不合理工作状态 另外 ， 在升架过程中， 应与平衡千斤顶配合使用， 调整 顶板 与顶 梁 的夹角 ， 沿工 作 面方 向支架倾 斜度 应 与煤 层顶 板倾 角相适 应 ， 保证 支架 与顶板 平 整 、 严 密 、 完全接触 ， 使支架均匀受力 ， 防止顶板出现平行工作 面推 进方 向 的断裂 裂隙 ， 防止 支架 倾倒 。 3 结束语 为 了保持支架的合理工作状态 ， 减少顶板事故， 提高开机率 ， 提高单产 ， 顶板控制至关重要 ， 应做到以 下几点 ①坚持正确操作 ， 升大立柱的过程中同时要 调整平衡千斤顶的重要作用 ； ②加强职工现场操作培 训 ， 提高操作技能以适应不 同顶板条件 ； ③拉架过程 中要 尽量缩 短 降架 时 间 ， 实 现快 速 移 架 ， 及 时 支护 顶 板； ④移架后支架要升紧 ， 泵站压力按规定调定 ， 保持 支架有足够的初撑力 ； ⑤加强支架的检修工作 ， 及时 处理窜、 漏液和更换损坏的配件 ， 发挥支架的正常性 能； ⑥泵站乳化液的配比按规定不得低于 3 ％ ～ 5 ％ ， 否则将严重损坏各类液压元件 ， 增加检修难度 ， 导致 支架处于瘫痪状态 ， 严重影响顶板控制。 参考 文献 [ 1 ] 钱鸣高 ， 刘听成 ．矿山压力及其控制[ 1V 1 ] ．北京 煤炭工业 出版 社 ， 1 9 8 4 ． [ 2 ] 钱鸣高 ， 王庆康 ．采 煤工艺 学 [ 1V 1 ] ．徐州 中 国矿业 大学 出版 社， 1 9 9 2 ． 责任 编 辑 闫 茜 上接 第 1 0页 表 1 不同排水 管径 技术参数 比较 排 水 管 径 芎 ／ n扬l 管 7路／ s／ 效 ％， ，， ， 经计算 ， 由于采用 3 2 5 m m X 1 1 mm排水 管 时 ， 水泵 流量 过大 ， 已超 过 该 水泵 最 大 流 量 点 ， 故该 方案 不 可行 。在此 只对 前 2种 排水 管径 进行 比较 。 从表 1 可见 ， 如只比较水泵工况效率 ， 则排水管 l 2 径为02 7 3 m m X 1 0 m m 的最 高； 再看管路效率 ， 排 水 管径为 02 9 9 m m X 1 0 m m 的最 高 ， 为 02 7 3 m m X 1 0 mm的最低。所以， 孤立地比较水泵效率 ， 找不到 排水设备的最高效率， 必须视水泵效率与管路效率 之积最大者才是较佳 的设计方案。 3 结 语 在选型设计 中， 要注重水泵效率和管路效率 的 配合。确定排水设备 最佳运行点的关键是 在水泵 不气蚀的条件下 ， 求水泵效率 和管路效率积 的最大 值 。 责任编辑 林春凤 4 6 3 7 6 6 O O 9 5 2 9 8 8 5 5 O 6 5 5 7 7 7 2 3 2 9 6 4 3 3 3 2 3 3 m m m m m m O O l ； m m m m m m 2 2 3 维普资讯