大采高支架在深部矿井适应性研究及应用.pdf

煤 炭 科 技 C0AL SCI ENCE T ECHN0L OGY MAGAZI NE 2 0 1 5年 第 3期 No ．3 2 01 5 文 章 编 号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 5 0 3 0 0 5 6 0 3 大采高支架在深部矿井适应J }生 研究及应用 宋景利． 王 兵。 刘兆辉 沈 阳焦煤有限责任公司 辽阳红 阳三矿 ， 辽宁 辽阳1 1 1 0 0 0 摘 要 通过对深 井大采高工作面现场矿压观测和分析 ， 初步 掌握 了工作面的初 次来压、 周期 来压步距及 片帮规律及矿压显现特点 ， 采取有效防治片帮措施 ， 实现 了大采 高安全 、 高效的回 采。对大采高支架适应性进行 了分析， 为类似条件下安全开采提供 了借鉴 。 关键 词 深部 开 采 ； 大采 高 ； 矿 压观 测 ； 片帮 中图分 类号 T D 3 5 5 ． 3 文献标 识 码 B 1 工作面概况 辽阳红 阳三矿 1 2 0 4回采工作面位于西二采 区专 用 回风巷北侧 ． 东西为未采动区 该工作面开切眼长 1 9 6 m， 开切眼至设计停采线长约 1 7 7 6 ． 5 m。 地表标 高 为 2 2 ． 1 m 2 6 ． 2 m． 采 深 为 一 1 0 1 2 ． 8 5 2 m～ 一 1 0 4 1 ． 8 2 l m 所采煤层为 1 2 ～ 1 、 1 2 2煤 ， 煤层倾 角为 3 o1 2 1 2 1 煤平均厚 1 ． 8 6 m， 1 2 一 l 煤与 1 2 2煤间夹矸泥岩 。 平均厚为 1 ． 0 0 I T I 。1 2 2煤平均厚 1 ． 8 3 m 1 2煤厚度变化大 ， 平均可采厚度 4 ． 6 9 m 。 1 2 1 煤局部含 1 层夹矸 ， 赋存较稳定。 1 2 1与 1 2 2 煤间夹矸厚度变化较大 1 2 2煤局部含 1 层夹矸 ． 赋存 较 稳 定 。 1 2 1煤 顶 板 为黑 色 泥 岩 ， 平 均 厚 1 1 ． 2 m， 底 板为 泥 岩 ， 平 均厚 1 ． 1 7 m。 2工作面三机配套 采 煤 机选 用 西 安煤 矿机 械 有 限公 司生 产 的 MG 6 5 0 ／ 1 4 8 0 一 G WD采 煤 机 ．最 大 割煤 高度 5 2 0 0 m m． 滚 筒 直 径 2 5 0 0 m m， 截 深 8 0 0 mm， 牵 引 速 度 0 ～ 1 0．3 5 m／ mi n 。 液压支架选用郑州四维机 电设备制造有限公司 生产 的 Z T Z 2 5 0 0 0 ／ 2 5 ／ 4 7端头支架 2组 Z YI 5 0 0 0 ／ 2 9 ／ 6 3普通支架 1 1 3 组 工作面共安装支架 i 1 5组。 支 架中心距 1 ． 7 5 m． 支架工作阻力 1 5 0 0 0 k N． 初撑力为 1 0 9 1 0 k N． 最大控顶距 5 ． 1 m。 最小控顶距 4 ． 3 m。 运输机选用沈煤集团煤矿机械有限责任公司生 产 的 S G Z 1 0 0 0 ／ 1 4 0 0中双链 刮板 运 输机 ．最 大输 送 能力 2 0 0 0 t ／ h 。 链速 1 ． 2 6 m／ s ． 装机功率为 2 x 7 0 0 k W 。 转载机选用淮南长壁煤矿机械有限责任公司生 产 的 S Z Z 1 0 0 0 ／ 4 0 0中双链 桥式 转载 机 ． 输 送 能力 2 5 0 0 t ／ h ， 链 速 1 ． 5 9 r n ／ s ． 电 机功 率 4 0 0 k W。锤 式 破碎机通过能力为 3 0 0 0 t ／ h ” ” 卜 ” 卜 卜 卜 卜 参考文献 [ 1 ] 赵 建敏．综放孤 岛工作面 顺槽超前 支护选 型研 究[ J ] ．中国西 部科技 ． 2 0 1 1 ， 0 3 78 ， 6 ． [ 2 ] 华心祝 ， 刘淑 ， 刘增辉 ， 等． 孤 岛工作面沿空掘巷矿压特征研 究 及X - 程应用『 J ] ． 岩石力学与工程学报， 2 0 1 1 ， 0 8 1 6 4 61 6 5 1 ． [ 3 ] 刘长友 ， 黄炳香 ， 孟祥 军， 等． 超长孤岛综放工作面支承压 力分 布规律研究[ J ] ． 岩石力 学与工程 学报 ， 2 0 0 7 ， S 1 2 7 6 12 7 6 6 ． [ 4 ] 窦林名， 何烨 ， 张卫东． 孤 岛工作面冲 击矿压危 险及其控制[ J ] ． 岩石力学 与工程学报 ， 2 0 0 3 ， 1 1 1 8 6 61 8 6 9 ． 『 5 ] 查 文华 ． 华心祝 ． 王家臣， 等． 深埋特厚煤层大采高综放工作面 覆岩运 动规律及支 架选型研 究『 J ] ．中国安全生产科学技术， 2 01 4， 0 8 7 5 8 O． [ 6 ] 闰少 宏． 下沟煤 矿综放 开采支架选 型 与工 作阻力确定 [ J ] ．煤 矿 开 采 ． 2 0 0 4 ， 0 1 2 62 8 ． [ 7 ] 佟 友． “ 孤 岛” 综放S - 作面液 压支 架选 型设 计[ J ] ． 煤矿 开采 ， 2 01 2． 0 4 4 4 4 6． 作者简 介 侯 永武 1 9 6 8 ～ ， 男 ， 山东招 远人 ， 1 9 8 9年 毕 业于 山东煤炭工 业学校采煤 工程专业 ， 山东能源龙矿集 团北 皂煤矿工程师。 一 收 稿 日期 2 0 1 5 -0 7 -0 1 2 0 1 5年第 3期 宋景利等 大采高支架在深部矿井适应性研究及应用 5 7 乳化泵选用无锡煤矿机械厂生产 的 WR B 3 1 5 ／ 3 1 ． 5型乳化泵 ． 公称压力为 3 1 ． 5 MP a ． 公称流量为 3 1 5 L ／ mi n ． 工作面采用两泵一箱 ， 一台工作 ， 一台备 用 [ ” 。 3 大采高工作 面矿压 规律及顶板灾 害防治 3 ． 1 工作 面 矿压 观测 方案 工作面采用华研科技公 司的矿压在线监测 系 统 ．在工作面布置 5条测线监测支架工作阻力变化 情况 ， 测线位置分别布置在 1 0 、 3 5 、 6 0 、 8 5 、 1 0 7支架 。 3 ． 2支 架载 荷分 布及 变化 规律 根据 1 2 0 4工作 面实测的液压支架载荷 ， 绘制 了 支架载荷与工作面推进距离变化曲线 如图 1 。 工作面推进距离， m 图 1 1 2 0 4工作面支架载荷随工作面 推进变化 曲线 3 ． 2 ． 1 工作 面初 次 来压规律 分 析 通过工作面支架载荷随工作面推进变化 曲线 图 可知 ，工作面各测线 点分 别推进到 1 2 、 1 O ． 4 、 9 ． 6 、 1 0 ． 4 、 1 1 ． 2 m时， 支架载荷达到最大值 。 直接顶开始 垮 落 ． 对 应 的 支 架 载 荷 分 别 为 3 6 、 4 1 、 3 7 、 4 5 、 3 9 MP a 。综合 5条测线的结果分析 ． 工作 面直接顶 初次垮落步距为 1 O ． 7 2 m．来压时平均支架载荷为 3 9 ． 6 MP a ． 平时平均支架 载荷 为 3 0 ． 0 6 MP a ． 动载 系数为 1 ． 3 2 ．工作面各测线点分别推进到 2 6 ． 4 、 2 5 ． 6 、 2 4 、 2 4 ． 8 、 2 5 ． 6 m 时 ， 对 应 的支 架 载荷 分 别 为 3 5、 3 9 、 4 8 、 4 2 、 3 8 MP a 。综合各测线结果分析 ， 工作 面初次来压步距为 2 5 ． 2 8 m．来压时支架平均载荷 为 4 0 ． 4 MP a ．平时平均支架载荷为 3 O ． 4 4 MP a ． 动 载系数为 1 ． 3 3 。工作面初次来压见表 1 。 表 1 工作 面初 次 来 压特 征 表 参数 1 0 测线 3 5 测线 6 0 测线 8 5 测线 1 0 7 测线 平均 3 ． 2 ． 2工作 面周 期 来压规 律 分析 初次来压过后 ． 随着工作面推进 ． 在上覆岩层压 力作用下 ． 直接顶 冒落后不能及时将采空区充满． 老 顶继续弯曲下沉 ．当岩梁的拉应力超过老顶岩体抗 拉强度时． 就会进入一个相互类似的周期失稳的断 裂来压过程 依据工作面支架载荷观测数据及支 架载荷随工作面推进变化曲线图可知．工作面推进 6 8 m． 共 2次周期来压 ． 见工作 面周期来压规 律表 2 表 2工 作 面 周 期 来 压 规 律 综上所述 ． 西二采区 1 2 0 4工作 面 ． 直接顶初次 垮 落步 距平 均为 1 0 ． 7 2 m． 初 次来 压步距 平 均为 2 5 ． 2 8 1 13 ． 周期 来 压 步距 平 均 为 1 8 ． 5 6 m． 来 压 时 平 均最大载荷为 4 0 ． 6 MP a ．平时平均载荷 为 2 9 ． 2 7 MP a ． 采场来压动载系数为 1 ． 3 9 见表 3工作面顶 板 来压 强度 分 析表 表 3工 作 面 顶 板 桌 压 强 度 分 析 参数 步距 持续时 来压平均 平 时载荷 来压动载 项 目 ／ m 间／ h 载荷／ MP a／ MP a 系数／ k 3 ． 3 支架 工作 阻力 对 工作面 煤 壁 片帮 、 冒顶 情 况分 析 随着开采深度的增加 ． 矿山压力明显增大 如果 工作面的支护强度不够 ． 顶板将会严重下沉 。 煤壁支 撑力加大 ．煤壁易产生片帮现象 。片帮往往引起 冒 顶 。 冒顶扩大又引起片帮深度增加 ． 在顶板破碎度高 处 ， 片帮、 支架端面距与 冒顶深度呈线性关系 ， 片帮 深度越大 ， 支架端面距越大 。 冒顶频率越高。两者互 相 影 响形成 恶 性循 环 ． 严 重影 响 安全 生产 液压支架合理的工作阻力 的确定 ．能够抑制工 作 面顶板下沉 ， 减小煤壁 片帮。1 2煤不同工作面支 架架型参数 表 4 对煤壁 片帮影 响情况如表 5所 列 5 8 煤炭科技 2 0 1 5年第 3期 表 4工作 面 支 架 架 型 参 数 片帮深度／ m m 3 0 0 3 0 0 8 0 o 主要分布时期 正常推进 正常推进 北一 1 2 0 6 频率％ 3 2 ． 8 2 1 ．7 北二 1 2 1 2 频率％4 1 ． 7 2 4 ． 5 西二 1 2 0 4频率％4 8 7 2 8 ． 6 8 o o l 2 o 0 1 2 0 o 一 2 o 0 0 正常推进来压时期 2 5 ． 4 1 2 ． 3 l 8 ． 4 9 ． 8 I 2 ． 3 5 ． 9 通过工作面各支架架型对煤壁片帮情况观察 ． 在深部矿井大采高开采 中增大支架工作阻力 ．能够 有效抑制顶板下沉． 减小煤壁片帮宽度 ． 防止冒顶事 故发生 3 ． 4预 防工 作面 煤壁 片帮措 施 1 提高支架初撑力和工作阻力 。 不留顶底煤 ． 保证支架刚性支撑 2 顶板破碎处 ． 及时带压擦顶移架 ， 使支架顶 梁接顶严密 ． 及时处理工作面的咬架 、 挤架等 。 3 严格控制采高。 当工作面片帮严重时 。 可适 当降低采高． 以减小煤壁受滚筒割煤扰动影响 ． 造成 大 面积 片 帮 4 保证工作正常推进度。减少采场压力对支 架和工作面煤壁 的冲击和破坏 ． 控制好割煤速度 ． 减 少每一循环顶板下沉量 。 控制煤壁片帮。 5 正确使用护帮板。在采机通过前 ， 超前 1 ～ 2 架将一 、 二级护帮收起 ， 割煤后要及 时将一 、 二级护 帮伸出．使工作面煤壁始终能得到护帮板的有效支 撑 。 6 加强工作面设备管理 。 及时更换损坏立柱 ， 杜绝管路跑 、 冒、 滴、 漏现象 ， 保证支架有足够的初撑 力 。 通过采取 以上措施 ．有效地控制了工作面的顶 板下沉 ． 减轻了煤壁处的顶板压力 ． 减少了工作面煤 壁片帮现象的发生 4大采高支架适应性分析 1 增大支架 的工作阻力 ， 可有效减少煤壁对 顶板 的 支撑力 ．防止 顶板 出现 台阶 下沉 和片 帮现象 的发 生 2 支架重达 4 2 t ， 推移装置采用框架式连接 ， 移架力大于推溜力 ， 从而保证 了工作面的顺利移架。 3 支架 有 伸 缩 前梁 和二 级 护 帮装 置 ． 当煤 壁 发生片帮后 ．伸缩前梁伸出后仍不能及时支护顶板 时 ． 可将 一级 护 帮板 支设水 平 ． 作为 伸缩前 梁 的延伸 段 ．及 时支 护前 方裸 露 的顶板 二 级护 帮可及 时放 下 ， 撑住 煤壁 ． 防止片 帮进 一步发 展 而引起 冒顶 。 4 由于大采高支架较重 ， 支架底部受力集 中 加长了支架底梁 ． 支架与运输机之间加设抬底缸 ． 当 工作面留有底煤时． 可防止支架下扎 5 支 架 带有 侧推 装 置 ， 可 防 止支架 咬 架 、 挤 架 现象 的发生 5结 论 通过 对北 西二 1 2 0 4工作 面 的矿压 观测 和分析 ． 基本掌握了该工作面 的顶板来压规律及片帮规律 ． 在深部矿井开采．增大支架工作阻力可有效抑制顶 板下沉 。 减少对煤壁的压力 ， 工作面推进 1 7 8 0 m， 没有发生过大面积片帮和 冒顶现象 ．保证了工作面 安全生产 一次采全高 ． 提高了回收率 ． 增加了企业 收入 ．同时也为红阳三矿深部大采高工作面的回采 提供了科学依据 参考文献 [ 1 ] 高 峰， 周科平 ， 胡建华． 采场 稳定性 的模糊物元评价及应用 研究． 采矿 与安全工程学报 ， 2 0 0 6， 2 3 2 1 6 41 6 8 ． [ 2 ] 胡国伟． 大采高综采工作面矿压显现特征及控制研究． 太原理工 大学硕 士学位论 文． 2 0 0 6 ． 作者 简介 宋景 利 1 9 7 6 一 ， 男 ， 辽 宁沈 阳人 ， 2 0 1 0年 毕 业于辽宁X - 程技术大学采矿工程专业 ． 沈阳焦煤有 限责任 公 司辽 阳红 阳三矿助理工程师。 收 稿 日期 2 0 1 5 0 4 0 6 鹤煤三矿 改进煤楼排矸转角皮带装置创效益 鹤煤 三矿 技术人 员 对 目前 运 行 的煤 楼 排矸 转角 皮带 特殊 急停 装置 进行 了工 艺和 技术 上 的改进 。改 进后的煤楼排矸转角皮带装置不但有效地保护 了皮 带． 减少了材料消耗和维修工时。 而且 ， 据估计 ， 一年 可节约材料、 维修等费用 2 4 0 余万元。 该矿煤楼的四部皮带长 1 6 8 m， 是转角式皮带 ， 上下皮带加起来将近 4 0 0米。 由于皮带线较长 ， 而皮 带上运输的是矸石 ， 特别是井下集 中翻矸时， 满皮带 的矸 石 ． 时 常滚 落 到底皮 带上 ， 并且 ， 遇 到 紧急情 况 ， 皮带无法及时停下来 ．会将皮带撕裂或将皮带接 E l 挂坏 ． 造成事故。 中国煤炭 网 O一 期 ∞一 时 6 5