软煤层大采高工作面液压支架适应性分析.pdf

江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S CI ENCE TECHNOL OGY 2 0 1 4年第 3期 N O．3 2 O 1 4 软 煤 层 大 采 高 工 作 面 液 压 支 架 适 应 性 分 析 王衍 学 1 ． 太原理工 大学 矿业 工程学院 ， 山西 太原 0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 华 电山西能源公 司 ， 山西 太原 0 3 0 0 0 6 摘要 采用统计对 比法 和上覆 岩层垮落 重量 估算法进行 1 3 0 1 工作 面顶板所需支 护载荷计算 ， 同时对采场进行矿压观测 。 顶 板所 需载荷计算结果显示 Z Y 1 2 O 0 O ／ 2 8 ／ 6 2 D型液压支架能够满足支护需求 ， 并通过采场矿压观测结果得 到了验证 。 关键词 软煤层大采高 ； 液压支架 ； 载荷计 算 ； 矿压 观测 ； 适应性 中图分类号 TD 3 5 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 2 5 7 2 2 0 1 4 0 3 0 1 1 6 0 2 An a l y s i s o f Hy d r a u l i c S u p p o r t Ad a pt a b i l i t y a t La r g e M i n i ng -- h e i g ht W o r k i n g Fa c e wi t h S o f t S e a m W a n g Ya n x u e 、 1 ． Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f Sc i e nc e a n d Te c h n o l o g y， Ta i y u a n， S h a n x i 0 3 0 02 4； 2 ． S h a n x i En e r g y Co ． o f Ch i n a Hua n d i a n Co r p o r a t i o n．Ta i y u a n， Sh a nx i 03 0 0 0 6 Ab s t r a c t By s t a t i s t i c a l c o mp a r i s o n a n d o v e r bu r d e n we i g ht e s t i ma t i o n， t h e a u t ho r ma k e s a l o a d c a l c u l a t i o n o f d e s i r e d r o o f s u p p o r t a t 1 3 0 1 wo r k i n g f a c e ， wh o s e r e s u l t s h o ws t h e Z Y1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 2 D-- t y p e h y d r a u l i c s u p p o r t c a n me e t t h e s u p p o r t r e q u i r e me n t s a n d h a s be e n v e r i f i e d i n p r e s s u r e o b s e r v a t i o n o n mi n i n g f i e l d ． Ke y wo r d s s o f t c o a l s e a m ； l a r g e mi n i ng he i g h t ； hy d r a u l i c s u p p o r t ； l o a d c a l c u l a t i o n； p r e s s u r e o b s e r v a t i o n； a d a p t a b i l i t y 1 工作 面概 况 1 3 0 1工作 面为 3采区首采工作面 ， 东侧为 已掘 的 l 1 0 2 巷 ， 北侧为 尚在 掘 进 的 1 3 0 2工作 面 ， 南 部 和 西部 为 实 体 煤 。该工作面所 回采 煤层 为 山西 组 3 煤 层 ， 通 过 实验 室 力学试 验得 知 ， 该煤 层 自然抗 压强度 为 8 ． 2 ～1 3 ． 5 MP a ， 单 向饱和抗压强度 为 4 ． 2 ～7 ． 1 MP a ； 硬度 系数为 0 ． 5 3 ～ 0 ． 6 9 ， 煤层 中间较硬 ， 上部 和下部相 对较软 ； 煤 层主要 为线 理状 ， 层状结构 ， 中部含 有均 厚 0 ． 3 5 m 的炭 质泥 岩 ； 回采 范 围内煤层 厚度为 3 ． 5 ～5 ． 6 m， 平均 为 4 ． 5 m； 煤层倾 角 为 1 。 ～1 2 。 ， 平均为 6 ． 5 。 ； 工作面设计可采 走 向长度 为 1 0 2 4 n l ， 倾斜长度为 1 8 0 m， 工作面煤层可采系数为 1 ， 变异 系数 为 1 ． 5 ， 该工作面范围 内煤层属于稳定可采厚煤层 工作面 。 1 3 0 1工作面顶板岩性较 复杂 ， 伪 顶为 均厚 0 ． 2 m 的泥岩 ， 泥岩断 口处清晰可见植 物根茎 化石 ； 直接 顶为均 厚 6 ． 5 m 的深灰色炭质泥 岩 ， 炭 质泥 岩层 理裂 隙较 发育 ， 完整 性和 强度较低 ； 基本顶为均厚 1 2 ． 3 m 的灰 黑色粉砂岩 ， 粉砂岩 偶见 白色云母 片 ； 直接 底 为 均厚 2 ． 3 m 的深灰 色 砂 质泥 岩 ， 砂质泥岩强度较低 ， 遇水松 软膨胀 ； 基本 底为 均厚 4 ． 5 】】 6 m 的灰黑色粗粒 砂岩 ， 粗粒砂岩 呈厚层状 ， 致密性 较好 ， 性 脆 。采场 共 收尾 各 布 置 Z T1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 2 D 型 端 头 支 架 3 台 ， 中间布 置 Z Y1 2 o o o ／ 2 8 ／ 6 2 D型液压支架 1 1 4台。 2 工作 面所 需工作 阻力计算 为了确定顶 板压力情况 ， 采 用类 比法 和顶板 垮落重 量 估 算两种方式对 1 3 0 1 工作面所需工作 阻力进行计算 。 2 ． 1 统计 类比法 统计 类 比法 是确定 工作 面支护 阻力 的重 要方法 ， 该 理 论基础是支架所受 载荷为 支架 上方 顶煤 和促 使顶 煤或 顶 板变形的岩层压力共 同作用“ 。根据工作面顶板每延 米 阻力计算公式 1 对顶板所需工作 阻力进行计算 。 Rh 一 41 0M 4 9 Lf 4 6 O R一 1 6 6 0 L 1 式 中 Rh 为采 场 支架 延米 载 荷 ， k N／ 架 ； L 为 初 次来 压 步 距 ， 取 2 6 ． 0 m； R为控顶距 ， 取 5 ． 9 m； M 为采高 ， 取 4 ． 5 m； L为支架 中心距 ， 取 1 ． 7 5 m。 将上述各参数带入公式 1 ， 计算可得 7 2 8 9 k N／ 架。 2 ． 2 顶板垮落重量估算法 在进行现场 汁算时 ， 技术人员 常根据 经验采用 工作 面 垮落 的围岩 重量来进行支护 阻力 的确定 。 。该方 法是实 质是采 场所 需支护 阻力不低 于工作 面垮落 的岩层 重量 ， 计 算见公式 2 。 P Kd Q*X R L 2 式 中 P为采场所 需 支护 载 荷 ， k N／ 架 ； K 为 动载 系数 ， 取 1 ． 8 ； Q为垮落 岩层 重量 ， k N／ 架 ； R为控 顶距 ， 取 5 ． 9 m； L 为支 架中心距 ， 取 1 ． 7 5 m。 对工作 面垮落岩层重量 进行计 算 ， Q一“y h ， 7 2 5 k N ／ m。 ，h M／ Kp 一1 ， 顶板 岩层 碎胀 系数 Kp 一 1 ． 2 3 ， M 为 煤层 厚取 4 ． 5 m。将各 参 数带 入 公式 2 ， 可 得 P一9 0 5 1 k N／ 架 。 综合上述两种方式计算 1 3 0 1综 采工作 面采场所需支护 载荷 ， 可知顶板所需支护阻力值为 7 2 8 9 9 0 5 1 k N ／ 架 ， 即液压 支架 额 定 工 作 阻 力 应 不 低 于 7 2 8 9 k N， 根 据 所 选 用 的 z Y1 2 o 0 0 ／ 2 8 ／ 6 2 D型液压支架参数可知 ， 能够满足支护要求。 3 支架 实际应用情况分析 为 了更好 地 了解 Z Y1 2 O O 0 ／ 2 8 ／ 6 2 D型 液压 支 架 是 否 能够满足支 护要求 ， 对 1 3 0 1工作 面采 场 的支架 载荷 进 行 分析 。现根据 采面实 际情 况 ， 可在 工作 面布 置 5个测 站 ， 每个测 站布 置 2条 测线 ， 每条测 线对 应 1台液压 支架 ， 测 站／ 测线布置见 图 1 。为了掌握液压支架载荷变化情 况 ， 在 测线对应 的支架上 安装各 安装 1台尤 洛卡 ， 该 尤洛 卡可实 时对支架载荷 变化进行记 录 ， 并 可通过 数据采集 器进 行采 集和传输 至计算机 。 进风巷 砟面 回风巷 1 0 架 1 1 噪 3 o 架 3 1 架 6 架 6 1 架 9 架 9 1 架 l l 架 1 U 架 图 1 工作面液压支架工作阻力测 区测线布置 根据矿压观测结果可知 ， 机头 部测 区周 期来压 步距为 9 ． 5 ～1 3 ． 6 m， 平 均为 1 1 ． 2 m， 支架 平均载荷值 为 2 3 4 5 k N， 为额定工作阻力 的 1 9 ． 5 4 ％ ， 最 大载荷 值为 7 5 0 1 k N， 平均 动载系数为 1 ． 5； 上部测 区周期 来压步距 为 7 ． 4 ～1 3 ． 6 1T I ， 平均为 1 O ． 7 m， 支架 平均载 荷 为 5 8 9 7 k N， 为额 定 工作 阻 力 的 4 9 ． 1 4 ％ ， 最 大 支架 载荷 为 1 1 0 4 5 k N， 平均 动 载系数 为 1 ． 5 8 ； 中部测 区来压步距为 7 ． 8 ～1 3 ． 1 m， 平均 为 9 ． 8 m， 支架平均 载荷 为 3 6 7 3 k N， 为额定 工作阻力 的 3 O ． 6 1 ， 最 大支架 载荷 为 1 1 0 3 6 k N， 平均动载 系数 为 1 ． 7 2 ； 下部测 区 来压步距 为 7 ． 6 ～ 1 2 ． 1 r f l ， 平 均为 9 ． 8 9 m， 平均支 架 载荷 为 3 6 2 5 k N， 为额定工作阻力 的 3 O ． 2 1 ， 最 大支架载 荷为 1 0 0 4 8 k N， 平均 动载 系数 为 1 ． 9 8 ； 尾部测 区来压 步距 为 6 ． 9 ～1 7 ． 4 I T I ， 平均为 l 1 ． 3 2 1T I ， 平均支架载荷为 5 6 2 3 k N， 为 额定工作 阻力 的 4 6 ． 8 5 ， 最大工作 阻力 为 7 8 5 2 k N， 平均 动载 系数 为 1 ． 8 1 。 对所测支架 载荷进行统计分析 ， 并 按 照 1 0 0 0 k N区 间 范 围绘制 成柱状 图见图 2 。由 图 2可知 ， 1 3 O 1工作 面所测 支架平均 载荷 为 4 2 3 2 k N， 为额定 工作 阻力 的 3 5 ． 2 7 ， 其 中最 大 支 架 载 荷 为 1 1 0 4 5 k N， 为 额 定 工 作 阻 力 的 9 2 ． O 2 。支架载荷 主要分 布在 i 0 0 0 ～8 0 0 0 k N范 围 内， 约 占 尤 洛卡记 录次数 的 7 1 ， 且在 1 0 0 0 ～8 0 0 0 k N范围 内分布 较 均匀 ， 各 区间所 占频率均 分布在 8 ～ 1 2 范围 内。观 测期 间 ， 未 见有超 出支架 额 定工作 阻力情 况 ， 说 明该 型号 液 压支架 能够满足现场支护要求 ， 适应性较好 。 1 6 O 9 6 r 薰 lI 。I ．_ 。一 ．I ．一 ．I 。一 ．1 ．1 ．_ 。． 。 。 ⋯ 。T 乏 兰善 墓z 耋 量 4 结 语 通过统 计 类 比法 和 上 覆 岩 层 垮 落 重 量 估 算 法 计 算 1 3 0 1软 煤 层 大采 高 工 作 面所 需 支 护 载 荷 为 2 8 9～ 9 0 5 1 k N／ 架 ， 采面所 选 用 的 Z Y1 2 O O 0 ／ 2 8 ／ 6 2 D型 液压 支架 可满 足支护要求 。通过工作面采场矿 压观测 ， 得知工 作面支架 平均载荷 4 2 3 2 k N， 为 额定工 作阻力 的 3 5 ． 2 7 ， 最大支架 载荷 为 1 1 0 4 5 k N， 为 额 定 工 作 阻 力 的 9 2 ．O 2 ， 均 在 Z Y1 2 O 0 O ／ 2 8 ／ 6 2 D型液压支架额定工作 阻力范 围内。通过 支架载荷分布情况可知 ， 支架工作 阻力 主要分 布在 1 0 0 0 ～ 8 0 0 0 k N 范围内 ， 且分 布较均匀 。综上所 述 ， Z Y1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 2 D型液压支架 能够满 足 1 3 0 1工作面支护需求 。 参考文献 C 1 3范韶刚 ， 闫少宏 ， 毛德 兵 ， 等． 确 定综 放支 架工作 阻力 的统计 类 比法[ J ] ． 矿山压力与顶板管理 ， 2 0 0 0 ， 4 2 4 2 6 ． C 2 ]李 洪彪 ． 赵庄矿松软 煤层 大采 高工作面矿压规 律及 围岩控 制 研 究C D D ． 太原 太原理工大学 ， 2 0 1 2 ． C 3 3郭明星 ， 赵辉 ． 大采 高液 压支架 选 型及适 应性分 析 [ J ] ． 煤 炭技术 ， 2 0 1 0 ， 1 2 4 6 ． C 4 ]杨 冲． 厚煤层 大采高综采工作面采 场围岩稳定 性研究 C J ] ． 北京 北方 工业 大学 ， 2 0 1 3 ． 作者简介 王衍 学 1 9 6 8 一 ， 山东 泰安人 ， 1 9 9 1年毕 业 于山东 科 技大学采矿工程专业 ， 工程 师 ， 现任华 电 山西能源公 司煤炭 产业 部主任。 收稿 日期 2 0 1 4 0 5 0 6 编辑 胡中祺 11 7