大采高综放工作面矿压显现规律研究.pdf

杜斌 （山西朔州平鲁区后安煤炭有限公司， 山西朔州0 3 6 8 0 0 ） 摘要 大采高综放开采技术增加了割煤高度和放煤空间， 大采高综放工作面的矿压显现和围岩控制必然不同于普 通综放工作面。根据某大型矿井 9 号煤层的赋存特性， 对 9304 大采高综放工作面进行现场观测， 并分析矿压数据， 研究了 9304 工作面矿压显现规律和支架合理工作阻力等问题。 关键词 大采高综放工作面； 矿压显现规律； 支架合理工作阻力 中图分类号 T D 3 2 3文献标识码 A 大采高综放工作面矿压显现规律研究 收稿日期 2 0 1 2 - 1 1 - 2 2 作者简介 杜斌 （1 9 6 3 - ） ， 男， 山西大同人， 在读工程硕士研究生， 工程师， 从事煤矿生产技术与管理工作。 19 3 0 4 工作面的基本概况 9 3 0 4 工作面位于矿井西南部， 工作面标高 1 1 9 5 .8 3 ～ 1 2 6 2 . 3 4 m ， 地面标高 1 3 5 4 . 2 1 ～ 1 4 4 7 . 9 3 m 。工作面 走向长度 1 5 2 0 m ，倾向长度 3 0 0 m ，煤层倾角 2 ～ 6 、 平均倾角 3 ， 煤层厚度 1 0 . 6 2 ～1 5 . 0 8 m 、 平均厚度 1 2 . 4 9 m 。直接顶主要成分灰色的砂质泥岩、 细砂岩， 平 均厚度 1 . 6 4 m 。基本顶主要成分灰色 -灰白色的中砂 岩， 平均厚度 8 . 7 5 m 。 直接底主要成分灰黑色的泥岩， 平 均厚度 1 . 2 m 。9 3 0 4 工作面割煤高度 3 . 5 m ， 平均放煤高 度 8 . 9 9 m ， 采放比为 1 ∶2 . 5 6 8 ； 采用走向长壁后退式综 合机械化放顶煤方法采煤， 一采两放平行作业, 机头、 机 尾各留 1 台排头支架不放煤，以维护出口顶板的安全， 采用全部垮落法管理顶板。 2矿压的观测方案与仪器布置 9 3 0 4 工作面全长 3 0 0 m ， 选用掩护式电液控放顶煤 液压支 架进 行 支 护 ，共 布 置 1 7 4架 ；其 中 布 置 Z F Y 1 2 0 0 0 / 2 3 / 4 0 D基本支架 1 6 1架， Z T 2 7 6 0 0 / 2 3 / 4 0 D过 渡 支 架 4架 ， Z T 2 7 6 0 0 / 2 3 / 4 0 D 端 头 支 架 1架 ， Z T 2 7 6 0 0 / 2 3 / 4 0 D排头支架 8 架。矿压观测过程中， 工作 面布置 1 1 条测线 （1 2 号、 1 8 号、 4 2 号、 5 8 号、 9 0 号、 1 0 0 号、 1 2 2 号、 1 2 8 号、 1 4 0 号、 1 5 0 号、 1 5 8 号支架） ， 3 个测 区 （上部测区、 中部测区、 下部测区 ） ； 其中 1 2 号和 1 8 号 支架代表下部测区， 9 0 号和 1 0 0 号支架代表中部测区， 1 4 0 号和 1 5 0 号支架代表上部测区。每个支架设置 1 个 尤洛卡仪表 （全工作面共设置 1 1 个） ， 随工作面推进尤 洛卡自动记录支架压力数据。测区布置见图 1 。 3工作面的来压规律 通过所测支架阻力确定工作面来压步距。设定 1 8 号支架代表 9 3 0 4 工作面下部测区， 9 0 号支架代表 9 3 0 4 工作面中部测区， 1 4 0 号支架代表 9 3 0 4 工作面上部测 区。当工作面从开切眼向前推进 2 9 . 7 ～3 2 . 6 m时， 1 2 ～ 1 8 号支架压力明显增大， 老塘有闷响， 煤帮出现片帮现 象； 其中 1 8 号支架所测工作阻力达到最大值 1 0 8 2 7 . 3 4 k N ，由此推断工作面下部初次来压，来压步距 2 9 . 7 ～ 3 2 . 6 m 、 平均 3 1 . 1 5 m 。 当 9 0 号支架在工作面从开切眼向 前推进 2 8 . 6 ～3 1 . 2 m时， 工作阻力达到最大值 1 1 6 4 3 . 3 1 k N ， 矿压显现明显， 由此推断工作面中部初次来压， 来 压步距 2 8 . 6 ～3 1 . 2 m 、 平均 2 9 . 9 m 。 当 1 4 0 号支架在工作 面从开切眼向前推进 3 0 . 2 ～3 3 . 4 m时， 工作阻力达到最 大值 9 9 8 7 . 6 2 k N ， 矿压显现明显， 由此推断工作面上部 初次来压， 来压步距 3 0 . 2 ～3 3 . 4 m 、 平均 3 1 . 8 m 。在整个 矿压观测期间， 9 3 0 4 工作面向前推进 8 9 . 7 m ， 顶板共来 压 4 次。初次来压步距和周期来压步距， 如表 1 所示。 文章编号 1 6 7 2 - 5 0 5 0（2 0 1 3 ） 0 3 - 0 0 4 3 - 0 3 图 1 9 3 0 4 综放面矿压监测测的区布置图 4 3 （下转第 62 页 ） 4确定支架的合理工作阻力 1 ） 实测支架阻力。工作面推进过程中， 通过分析所 测 3 个支架的初撑力和末阻力可知， 初撑力与末阻力存 在线性变化关系。工作面上、 中、 下部位的 1 8 号、 9 0 号 和 1 4 0 号支架荷载， 如表 2 所示。 2 ） 支护强度验算。 ①利用充填采空区的跨落岩石厚 度， 计算支架的支护强度， 进而计算支架的工作阻力 qnγM/（Kp - 1 ） . 式中 q 为支架支护顶板所需的支护强度， k N / m 2 ； γ 为下 位岩石的容重， k N / m 2 ， 取 γ 2 0 ； Kp 为岩石松散系数， 一 般为 1 . 2 5 ～1 . 5 ， 取 Kp 1 . 4 5 ； M 为采高， m ， 取 M 1 2 . 4 9 ； n 为动载系数， 综采放顶煤工作面 n 1 . 4 。经计算 q 7 7 7 . 2 k N / m 2 。支架的工作阻力 PqLaB. 式中 q 为支架支护顶板所需的支护强度， k N / m 2 ； P 为支 架工作阻力， k N ； L 为支架顶梁长度， 5 . 3 1 6 m ； a 为支架 的梁端距， 0 . 4 4 4 m ； B 为支架的宽度， 1 . 6 5 m（滞后架宽 度为 1 . 5 m ） 。 对于机尾滞后架工作阻力 PZ 6 7 1 5 k N 。 经 计算 P 7 3 8 6 k N ， PZ 6 7 1 5 k N ，圆整后最大取 8 0 0 0 k N 。 ②采用经验公式计算工作面合理的支护强度， 进而计算 支架的工作阻力 Pt khγ. 式中 Pt为工作面合理的支护强度， k N / m 2 ； h 为采高， m ， h 3 .5 m ； γ为顶板岩石重力密度t / m 3 ， 一般可取 2 5 t / m 3 ； k 为 支架应该支护的上覆岩层厚度与采高之比，一般为 4 ～8 ， 这里取 k 8 。经计算Pt 7 0 0 k N / m 2 。支架的工作阻力 P PtLaB. 式中 Pt为支架支护顶板所需的支护强度， k N / m 2 ； P 为支 架工作阻力， k N ； L 为支架顶梁长度， 5 . 3 1 6 m ； a 为支架 的梁端距， 0 . 4 4 4 m ； B 为支架的宽度， 1 . 6 5 m 。对于机尾 滞后架工作阻力 PZ 6 0 4 8 k N 。经计算 P 6 6 5 3 k N ， PZ 6 0 4 8 k N ， 圆整后最大取 7 0 0 0 k N 。 ③上述两种计算支架 工作阻力的方法， 所得支架工作阻力差距较小， 应取其 大值并圆整， 液压支架的工作阻力最大 8 0 0 0 k N 。所选 配套支架工作阻力 1 2 0 0 0 k N ， 符合回采要求。 5结束语 1 ） 9 3 0 4 工作面顶板周期来压时， 矿压显现明显； 通 过矿压观测可知， 工作面上、 中、 下部顶板来压步距差别 不是很大， 顶板的初次来压步距均值为 3 1 . 6 m ， 周期来 压步距平均为 1 6 . 2 m 。 2 ） 工作面初撑力均值 5 4 3 6 . 2 7 k N ， 占额定值 （7 7 5 8 k N ） 8 5 . 7 2； 循环末阻力均值 73 6 7 . 8 4k N ， 占额定值 （1 0 3 0 0 k N ） 的 6 7 . 4 ； 初撑力满足支护要求， 末阻力有 较大富余， 支架支护效果良好。 3 ） 工作面顶板来压时， 通过观测发现所测支架阻力 超出支架额定工作阻力的现象没有出现，则知 9 3 0 4 工 作面选定的 Z F 1 2 0 0 0 / 2 3 / 4 0 D型液压支架较合理。 参考文献 [ 1 ] 钱鸣高， 刘听成. 矿上压力及其控制[ M ] . 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 1 ． [ 2 ] 闫少宏， 富强. 放顶煤开采顶煤与顶板活动规律研究[ D ] . 北京 中国矿业大学, 1 9 9 5 ． [ 3 ] 闫少宏， 尹希文. 大采高综放开采几个理论问题的研究[ J ] . 煤炭学报， 2 0 0 8 , 3 3（5 ） 4 8 1 - 4 8 4 ． 表 1 工作面观测支架来压步距 顶板来压阶 段 来压步距 / m 1 2 号 支架 1 8 号支 架 9 0 号 支架 1 0 0 号 支架 1 4 0 号 支架 1 5 0 号 支架 初次来压均 值 3 0 . 0 73 1 . 1 52 9 . 93 1 . 83 2 . 4 53 1 . 0 2 第一次周期 来压 1 7 . 81 4 . 31 1 . 71 2 . 21 4 . 41 7 . 7 第二次周期 来压 1 2 . 91 6 . 51 5 . 91 7 . 81 5 . 31 6 . 7 第三次周期 来压 2 0 . 41 8 . 71 5 . 21 4 . 71 9 . 81 3 . 4 周期来压步 距均值 1 7 . 0 31 6 . 51 4 . 21 4 . 91 6 . 51 5 . 9 3 表 2 工作面支架工作阻力统计数据 支架号 初撑力 /（k N 架 - 1 ）循环末工作阻力 /（k N 架 - 1 ） 最大最小均值最大最小均值 1 8 号7 4 3 6 . 3 5 1 8 6 . 7 2 5 4 3 2 . 6 1 9 7 8 6 . 7 8 1 4 2 . 3 9 6 4 3 1 . 5 7 9 0 号8 8 9 7 . 3 7 1 9 2 . 4 3 6 2 9 7 . 8 21 0 1 2 4 . 2 71 8 7 . 3 1 7 3 2 9 . 3 8 1 4 0 号7 1 6 3 . 2 3 1 6 2 . 7 9 5 1 2 4 . 3 81 0 0 2 9 . 8 92 1 4 . 6 4 6 8 4 5 . 5 1 4 4 （上接第 44 页 ） 编辑 刘新光 Study on Strata Behaviors of Fully Mechanized Top Coal Caving Face DU Bin S h a n x i S u o z h o uH o u a nC o a l C o . , S h u o z h o u0 3 6 8 0 0 , C h i n a Abstract F u l l ym e c h a n i z e dt o pc o a l c a v i n gt e c h n o l o g yr a i s e sc u t t i n gh e i g h t a n de x p a n d sd r a w i n gc o a l s p a c e . T h es t r a t ab e h a v i o r s a n ds u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o l o f t h ef u l l ym e c h a n i z e dt o pc o a l c a v i n ga r ed i f f e r e n t f r o mo t h e r a v e r a g em i n i n gf a c e . O nt h eg r o u n do f o c c u r r e n c ec h a r a c t e r i s t i c s o f N o . 9s e a m , N o . 9 3 0 4t o pc o a l c a v i n gf a c ew a st e s t e d . T h es t r a t ab e h a v i o r sa n dt h ew o r k i n gr e s i s t a n c eo f s u p p o r t a r es t u d i e do nt h es t r e s s d a t a . Key words f u l l y m e c h a n i z e dt o pc o a l c a v i n g f a c e ; s t r a t a b e h a v i o r s ; w o r k i n g r e s i s t a n c e o f s u p p o r t 参考文献 [ 1 ] 左金宝. 高温矿井风温预测模型研究及应用[ D ] . 淮南 安徽理工大学能源与安全学院, 2 0 0 9 . [ 2 ] 尹彬, 杜涛, 闫磊， 等. 基于网络解算的矿井风流温度计算方法研究[ J ] . 现代矿业, 2 0 1 1 , 5 0 8 8 8 5 - 8 7 . [ 3 ] 白鹏， 张喜斌， 张斌， 等. 支持向量机理论及工程应用实例[ M ] . 西安 西安电子科技大学出版社， 2 0 0 8 1 3 - 2 0 , 1 0 8 - 1 1 0 . [ 4 ] 周福宝, 王德明, 陈开岩. 矿井通风与空气调节[ M ] . 徐州 中国矿业大学出版社, 2 0 0 9 . [ 5 ] 孔祥强, 谢方静, 陈喜山, 等. 围岩对矿井入风流温度的影响分析[ J ] . 金属矿山, 2 0 0 9 , 5 5 1 6 4 - 1 6 7 . 编辑 徐树文 Prediction of Shaft Airflow Temperature Based on SVM YANG Hai-liang1,2, DU Tao3 1 . C o l l e g e o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , T a i y u a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , T a i y u a n0 3 0 0 2 4 ; 2 . D i s t r i b u t i o nC e n t e r , T a i y u a nI n s t i t u t e o f C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n dE n g i n e e r i n g G r o u p , T a i y u a n0 3 0 0 0 6 ; 3 . S h o r t - Wa l l M i n i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c hI n s t i t u t e , T a i y u a nI n s t i t u t e o f C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n dE n g i n e e r i n g G r o u p , T a i y u a n0 3 0 0 0 6 , C h i n a Abstract S h a f t a i r f l o wi n f l u e n c e st h et e m p e r a t u r eo f w h o l em i n e . T h ec o m m o nw a y so f c a l c u l a t i n gt h e s h a f t a i r f l o wt e m p e r a t u r ei n c l u d ed i f f e r e n c em e t h o d , S h e e r B a r n e ym e t h o d , a n dm a t h e m a t i c a l s t a t i s t i cm e t h o d . G i v e nt h e c o m p l e x r e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n f l u e n t i a l f a c t o r s , s u p p o r t v e c t o r m a c h i n e S V M m e t h o dw a s s e l e c t e d t o p r e d i c t t h e a i r f l o wt e m p e r a t u r e , w h i c ha c h i e v e di d e a l p r e d i c t i o na c c u r a c y . Key words s u p p o r t v e c t o r m a c h i n e ; s h a f t ; a i r f l o wt e m p e r a t u r e 筒风流温度进行预测。 4结束语 1 ） 本文根据井筒风流温度影响因素的复杂性， 提出 了基于 S V M算法的井筒风流温度预测方法，校正模型 的相关系数达到 0 . 9 8 7 8 9 ， 误差均方根为 0 . 0 0 8 7 8 ， 预测 误差小于 1 ℃， 精度满足实际需求， 具有一定应用价值， 应为井筒风流温度预测的新思路。 2 ） 本文采用支持向量机建立校正模型时， 由于条件 所限样本数量还不多， 可能仍有一定误差， 有待后续研 究； 若有更多样本， 尚可提高模型预测精度。 6 2