单体液压支柱工作面矿压分析.pdf

昌 1 9 9 0 年 煤炭科技资料 第4 期 单体液压支柱工作面 矿压分析 林 峰 天 矿 系 摘 要 本文分析 了徐 州矿 务局 权 台煤矿 单体 液压 支柱支护 的高档普 采工 作 面的矿压规律 ， 给 出该 条件下工作 面顶 板的采正 步距， 井对 该工作 面所 处的松 软底柱 的支护 问题进行 了 初 步的分析 关键 词l单体， 液压 支柱， 回采工 作 面， 顶板压 力； 固岩；- 质 目前， 由于矿井 的开采深度 及强度 的加大，导致对 回采工 作 面的支护要 求 不 断 提 高，原有的单体摩擦支柱对大、中型矿井的深祁开采已不再台适。综采支架虽然支护效 果好，但费用昂贵，要求的地质条件严格，对我国的广大矿区不适合采取一刀切的方式 全部使用综采支架。因而，目前单体液压支柱是一种较符合我国国情的新型支架， 已在 各大矿务局大面积地推广使用。 由于单体液压支柱在我国的使用历史不长，用其装备的 普通机械化采煤工作面的矿压特征有待于进一步地观测研究。因此，本文在对徐州权台 煤矿单体液压支柱支护的高档普采 工作面进行矿压观测的基础上，对 工作面矿压分布进 行初步的分析探讨，并对该工作面松软底板的支护提出初步建议。 1 地质及生产概况 本工作面位于权台煤矿--6 0 0 米水平北翼采区中部，编号3 l 1 4 ，所采煤层为叠 系 石盒子组三号煤层。上区段3 1 1 0 2 作面的上舟层已经采完，3 1 l 4 工作面走 向长3 3 5 米， 做斜宽儿6 1 5 0 米 ，煤层厚度2 ． 5 4 ． 9 米 ，倾 角1 0 。一 1 8 。，地 质储 量 1 3 7 3 1 8吨， 回 采率为9 3 ， 可采储量1 2 7 7 0 6 吨。 三号煤层直接顶为深色页岩及薄层细砂岩互层，致密性脆，厚度 不 均，易 冒 落， 古植 物化 石，总厚度 5 一l O 米 ，抗压强度为 8 4 MPa 。老顶 为蕊 自色 中砂岩 ， 细中粒， 以 石英长石为主，失黑色条带，层理裂隙发育，富含砂岩裂隙水， 厚度5 ～2 5 米。 直接 底为 浅灰色页岩，松散易碎，含煤屑及植物化石，厚1 ． 5 米左右，抗压 强度为 8 ． 1 l MP a 。老 赢为深炙色砂页岩，致密性脆，层理发育，含棕色条带。该工作西煤层较稳定，地质构 造简单，工作面充水来源主要为顶板砂岩裂隙水，预计最大最大涌水量3 0 m ／ h ， 最小 滴水量为5 m。 ／ h 。 采煤方法为走向长壁倾斜分层下行垮落采煤法，上分层采高2 ． 0 米，初墩 放 顶期闻 维普资讯 采高1 ． 8 米。工作面落煤用Z MP一2 7 O 型双滚筒采煤机，双向采煤，斜 进刀， 截深为 Z 4 G 8 jD U“i 6 a 2O t2 ＼ 蟊 纛 嚣 蠢 菇 赢嚣 O ． 6 米 。选 用 DZ 一 2 ． 2 型单 体液压支柱 与 HDJ A一1 2 O 型金属铰接顶梁配套支护顶 板 。工作面用 一台S GW一 1 5 O型 刮板 运 输机运煤。腰糟用二台S GW一4 O 型运输 机及 一台S 卜一 8 O O 型皮 带机。 工作面作业方 式为两 采一准， 一 日一 循环循环进度2 ． 4 米， 作业图表如图1 所示 2 矿压观测设计 圈 作面韬 _ 匿 沿工作3 1 面 1 长度 方 向柱 距为0 ． 5 米 ，沿走 向 4 工作面单休 液压支柱 的布 置 ， 区 ≯ 排距i ． 2 米，整 ， 、 工作面梧倾斜分为上 、中、下三 个测 区，布置1 o R测线，每 根 测 线间距为1 0 米 左 右， 工作面从开切眼推采 81 2 米开始沿各测线测 量支柱载荷及 顶 底板相对移近 量， 每 天 测 量 一 次， 并记录 工作面每天 的推进 距离，其 测 站布置 如图2 所示。整个观测工作自1 9 8 9 年1 2 月底开始， 至1 9 9 0 年2 月底工作面己推采近7 O 米，其间的观测 数据如表1 、表2 所示。 统计分析表明 t支柱载荷私 顶板移近量服从正 恋 分 布。其乎均值及标准离差 如表3 所 示。 [ 1 2] 观 铡线 驶 呱示意 图 3 矿 压分 析 根据袭1 和表2 绘制出图3 的支柱治工作面走向的载荷变化平均【}}【 线。观测数 据 的处 理是将各测区的测量值平均后， 以侧区为基本单位整理出工作面的上、中、下三个测区 及全工作面平均的支柱载荷变化。同理，绘 出工作面顶J菌 板相对移近量沿走向变化平 均曲线图4 。 3 ． T 初次来 压 从 图中看 出， 当工作面推至 距切眼1 5 ． 5 米 时， 沿整 个工作面长度 出现较 大的压力和 顶板下沉，此时即出现工作面顶板初次来压，平均来 压 强度 约 为0 ． 2 4 MP a ， 平 均 顶 底板移近 量约0 ． 7 5 米， 由于本 工作面底板 的强度 极低 为0 ． 1 l MPa， 因 此 工作面顶 底板相对移近量主要是由于支护插底所造成的。从图中可看出，初趁来压期间，1 2 天 内顶底板 相对移近 量极 大，平 均达0 ． 7 5 米，将 导致工作 面出现 台 阶下沉 。 9 ． 2 周期来压 随着初次来压的结束，整个工作面压力和位移又处于相对移定状态，当 继 续 推 进 2 维普资讯 8 ． 5 米 时，出现 了工作而第 一次周期来压。 来压 时， 主要在 工作 面上 部及 下部出现 较 删 烈 的矿压 显现， 顶底板相对移近量达 0 ． 5 6 米， 在工作面 中部矿压较小， 第一次周期 来压 约持续半天 j 一天，然后 工作面压 力即趋稳定， 随着 工作面 向前推进 ， 剥2 爿 腻为 止， 共观 测列6 次周 期来压，其特征 见表4 。 裹 3 支柱载荷 顶描板相对移近量 项 目 上 测区 中测 区 下 测区 平均 上 测 区 中测区 下 铡区 平均 『 n l 或t 8 ． 8 7 ． 7 7 ． 4 8 ． 0 0 ． 5 7 0 ． 4 6 0 ． 39 0 ． 4 7 2． 5 2． 1 I ． 8 I ． 6 0． 1 7 0 ． I ‘ 0． 1 7 0 ．14 x 十 o 1 1 ． 3 9 ． 8 9 ． 2 9 ． 6 ． 0． 7 4 0 ． 6 0． 5 6 O． 61 支柱尊菏 t 3 维普资讯 裹4 周期来压特征一览襄 序号 步 距I ll 平均强度 P a 主要压力显现地点及指标 I 8 5 0 ． 1 7 压力工作面上部、下部较大，变形工 作面中部、上部 较大达 到0 ． 5 6 m 雎力 整 个工作面较平 均，变形 。整 个面 I 1 2 ．5 0 ． 1 6 较大 、上郡达O ． 7 5 m 压力 上部较大} 变形 中部 、上部较 I 7 ．3 0 ． 1 6 大 ，达0 ． 7 m Ⅳ l O 0 ． 1 9 压 力 整 个面较 大， 变形较小 、平 均为 0． 3一 O． 4m 压力；工作面中、上部较大，变形；丝个 V 6 l o ． 1 5 面都 较大，达0 ．7 一 O 9 m 平均 9 ． 0 0 ． 1 6 7 压 力工作面 中部， 上部 较大，变形 ； 整个 工作面都较大达0 ． 8 m 3 ． 3 工作面安护强度分析 根据工作面的作业规程，支柱的排距1 ． 2 米，棚距O ． 6 米，每根支柱 的支 护 面 租 为 0 ． 6 平方米，所用 的D Z 一2 2 型单体液压支柱的额定工作阻力2 9 4 k N ／ 柱， 则该工作两 的支 护强度 可达列 P0 ． 4 9 MPa 。 3 ． 3 ． 1 按裂隙带下位岩层总度厚验算支护强度。所需的支 护强度为 ～ Pi 8 一 l OY I V [ 其 中Y 裂 隙带下位岩层平均容量，为2 ． 2 t ／ m M{采高，2 m。 则 PI 8 一 l O 一 2 ． 2 2 0 ． 3 5 2 一 O ． 4 4M Pa P- P 3 ． 3 ． 2 按矿压观铡统计验算支护强度。根据表3 ，工作面支柱载 荷 观 测 值 按 正 态分 布，合 理的支护强度应为 P2 P v2口 其 中P 柱 载荷 的平 均值， 由表3 可算彳 { } ； P v7 ． 9 9 t 标准 离差， 口1 ． 6 贝 P 2 7 ． 9 9 21 ． 60 ． 1 1 2 MPa P2 PI 3 ． 3 ． 3 按 初次来压步 距 验算 强度 ，此 时所 甜的支 护强度应 为； 4 维普资讯 a ． b Y h ． k 口 其 中 a 、b 支柱排 距 、棚距 ； h l 、h 直 接顶与老顶 昀最 大厚度， 分别为 l 0 米和 2 5 米； 1 最大 控顶距，5 ． 4 米J L- 老T 曩 初 次来压步 距，1 5 5 米， K。 顶板动载系数，本工作面支柱条件取k 。 1 ． 2 ， 则 ． k 0 0 ． 4 4 3 M P a P P 3 ． 3 ． 4 按周期来压步距验算支护强度，此时所 需的支护强度为 a ． b Y h l ． k 0 其 中 L 平 均周 期来压步 距，g 米 ， 则 。P Y h k o 0 ． 4 8 8 M P a P P 从上面 几个方面的劳析计算可知，本工作面所设计的支护强度是台适的。 3． 4 工作 面顶雇板 相对 移 近量 分析 从所观测的资料中可看出，工作面在来压时的顶底板下沉极大，有的地点 达 到O ． 9 米，这足以导致工作面出现不同程度的台阶下沉．加剧了顶板的破碎，容易} l 发冒顶事 故。但对支柱载荷 ， } 布图的分析叉可看出，不论是来压期间或正常时期支柱 载 荷 都 不 大。这种反常的现象，主要是因为顶 底板之间岩性差异所导致的，该砥直接顶岩层的强 度为8 4 MP a ，而直接底岩层的强度仅有8 ． 1 1 MP a 。再者， ． 由于工作面所使用的外 注 式 单位液压支柱，每回一根柱，就 向工作面放出1 2 升的乳化液，排出的乳化液流失在工 作面 底板 ，使 底 板岩石膨 胀 变软，这 些都加剧了支柱 的插 底现 象。因 此， 工作 面顶底 板 相对移近量主瑶是 由于立柱插底所造成的，而话柱下缩量很小或基奉不下缩 ，逸就导戳 工 作面出现支柱 载荷小而顶板 下沉 大的特殊现象 。 4主要 结论 4 ． 1 本 矿压观测，通过对工作面单体液压支柱的载荷测量和顶底板相对移 近 量的测 量 表明，其结果能 正确地 反映工作 面的主要 矿压现 象， 因此观 测手 段是可行 的。 4 ． 2 通过观 测资料分析，在该地质条件下工作而的初 来压步距为l 5 ． 眯 ，平均 周 期 来压步距为 9 米，其 结果 与预 先通 ． 顶 板分类所预 测 出的 来压步距 基本 一致 。 4 ． s 工作面原设 计的支柱支护强度是合适的，但工作面的来压时出现的 支 柱 载 荷 不 5 维普资讯 大，顶 板下沉极大 的现 象是 由底板 强度太低 ，加 上 由于外注式单 体液压支柱 在回柱时 驴 释放 出的 乳化液加 剧了底板的松软，致使 支柱 出现严 重 的插 底现 象。 4 ． 4 普通机械化采煤管理办法 有关条文规定t 单体液压支柱一般适用于倾 角 小 于2 5 度的煤层，顶板 中等稳定底板抗压强度一般应大于1 9 ． 6 MP a ⋯⋯。 而 本 工作面 底板抗压强度仅为8 ． 1 l MP a ，因此建议今后对类似工作面进行装备设计时，应 选用 加 大底座的单体液压 支柱 ，必要 时可 II H ,I 性底座， 以控制支柱 的插 底 问题 。 参 考 文 献 l 煤 炭 总公司物质供应 局 ．单 体液压支 柱， 北京I煤炭 工业 出版 社， 1 9 8 7 2 赵宏珠．单体支柱工作面顶板压力预测预报．北京，煤炭工业出版 社，1 9 8 8 3 林峰．淮北芦岭矿综采面矿压浅析．煤炭科技资料。 t 9 8 8 1 上 接第7 4 贾 8由于在系统中，水量体积较小，因此具有较低的起泡剂耗量 4 处理单位重量的固体物科生产费用 比较低。 浮选柱在较低矿浆浓度情况下操作时，可以通过增加给料速率以确保系统 中台有足 量的物料，使得具有稳定的泡沫层。精煤灰分可以通过调节洗水量而加以控制。 值得指出的是这些结果是在采取和目前浮选生产中相 同的药剂以及相同的耗量情况 下取得的。总之，逆流柱式浮选代表了一种高效的能处理板细粒和高灰粘士含量物科旧 具有 实际意义 的分 选方法 。 张东晨译 自选煤会议录 英文 1 9 8 6 年d 月 张明旭校 6 维普资讯 导 N ∞ 吾 嚣 。 。 三 詈 c o一 矗 三 。 c 。 譬嚣 c 。 ∞ 一 卜。 。∞ h ∞∞h 言 器 ‘ ‘ 。 。 三 g 。 , , - - t 一 墨 。兰。署蔷 。暑暑 ∞ c 。 吾 暑。 ≥昌 菩 N 暑 等等 器 器。≥詈 N, , - - t 暑 誉。 。 等。等器 嚣 善 _m h h h 0 2 3,三,--t 。 盎 量 暑 暑 。 嚣 暑, ,--t 圣≥ H H I f ⋯, , - - t ． 墨 鲁。 器 昌 【 三 N 。 2 ∞ h 昌。 。 ∞ 暑 器三 蛊芸 。三 ● h ‘ 。 卜∞呻 ∞卜。 。 鼍 。 蠹西 o 时 n 。 。 卜 卜 吾蚤暑暑 暑 h ≮ 口 譬 ‘ 。 ’ 等。 。 器 ,,- -t 。等 一 营 暑 譬署 高 3 。 o 竹 。 篙 ∞ 卜 器 ∞ h n , , t三 墨 吾器。 墨詈 。 , , - - ． t 。 器 嚣 ‘ 。 越 舔 键迥是望嚣珥 l’ 鞣证是迥是霸 0 0 0 0 0 0 凹 世 皿斟 露 屠 燕 甘 一t t 皿 露 窝 磊 岳卜 斗 丰 } 戢⋯瓣 v 嵌罐] ； 震瞎毒 } 鞯丰 } 慨旧 H_ 群 维普资讯 8 丰 } 槲案 川瓣 v 懈 硇] 蕊群● 蓐 I 霞目 皋 篷甯旧 H N 群 维普资讯