倾斜煤层综采面矿压显现规律.pdf

倾 斜 煤 层 综 采 面 矿 压 显 现 规 律 中 国 矿业 大学 殷露 中 乔福 祥7 p 弓 矽 张集煤矿 三／ 刘一成吴广杰 。 摘 要a k ． 文根 据 撩 州矿奇 局张 臬矿 7 4 i 4工锥 面现 场理 资料 ，分 析 了倾许 煤 层综 采 工锥 面 矿压显4规律，并根据宴测分析碍出了老顶实际分珐 裂情况 关 键 词 J 竺 二 婴 兰 ． ／ 1 ■ _， ● - - 一／ ’ ／ 1 工 作 面 生 产 技 术概 况 在 试 用 综 采 前 ，该 面 使 用 炮 采 ，综 采 切 眼 和 炮 采 停 采 线 间 留 有 5 m 煤 柱 工 作 面 上 部 为 已 回采 的 7 4 l 2工 作 面 ，边 界煤 柱 3 0 m， 下 部 为未 开 拓 区 。 工 作 面斜 长 l 2 O m， 煤 层 倾 角 2 9 ～ 3 8 。 ， 平 均 3 d 。 ， 煤 厚 1 ．2 ～ d ．7 m，平 均 为 3 ． 2 m，煤 层 柱 状 图 如 图 1所 示 。 表 1 F AZ O S掩 护支 架主 要技 术参数 项 目 参牡 项 目 参戢 适用煤 层倾 角 5 5 以内 夏 架组推 够步距0 ． B 3 m 支 架最 小高度 i ．7 m两 侧 支架 前推力 支 架最大 高度 3 ．2 m 中 间支 架 前推力 立柱牡 Z十 支架 中 心距 1 5 m 立 柱行程 1 3 m 一 组支 架 中心距 支架 额定阻 力 3 ． 1 M刊 支架重 量 1 4 Z 8 9 支 架额 定韧撑 力 1 g S MN 支架 组重量 d 6 Z 4 3 k g 工 作 面 综 采 支 架 为 波 兰 生 产 的 F AZ O 一 l 7 ／ 3 2 一O Z T ／ C H R L掩 护 支 架 ，三 架 一 组 ， 其 丰要 技 术 参 数 见表 1所 示 。 一 ； 雒 - -- ． 0 “ _’ ‘ ”l 。 t- l 1 1一 ．|l ． - q 吼 埠 ， ， l }。 1 - It n_ 一 I 也 ” “ i ． ． 。 - _l ’ f j 国 】煤 层 柱 状 图 一 十 具 有 台 理 几 何参 数 的 四 连 杆 机 构 ．并 使 其处于合理 的工作状 态 ，可使 连杆的受力得 到 明显 的改善 。事实上 ，支架 的四连杆部分 相 当于一个 受力放大机构 。 由具 体计 算可知 ， 对 于 P Y4 0 0支 架 而 言 ，如 果 掩 护 粱 上 为 l k N，传到前后连杆上的力最大可达 l 6 k N和 l 7 ． 5 k N， 即受力放大 系数分 别为 1 6和 1 7 ． 5 。 5 结语 3 0 1 9 9 5 ．№ 2矿 山压 力与雨鞋 管理 通 过 以 上 系 统 的 几 何 和 力 学 分 析 ．对 P Y4 0 0 改造 型综放支架 的受 力和 破坏机理 有 了 较 为 全 面 的 认 识 ，可 得 如 下结 论 1 由于放顶 煤开采 中围岩与 支架相互 关 系的改变 ，对 由普通 综采支架 改造成 的综 放 支 架 ，需 要 作 较 系统 的 受 力 分 析 ，尤 其 是 要 重 视 四 连 杆 机 构 部分 的 连 杆 受 力 。 2 对 于 支 撑 掩 护 式 支架 ，当 掩 护 粱 较 长 时 ，随 掩 护 梁 上 的作 用 力 位 置 下 移 ，前 后 ③ 嚣 维普资讯 2工 作 面 顶 扳 活 动 规 律 根 据 数 理 统 计 原 理 ，工 作 面 来 压 判 据 以 实 测 支 护 阻 力 平 均 值 加 其 2倍 方 差 确 定 ，具 体 见 表 2所 示 。 表 2 来压 判据 下 由 上 P 2 ， M N 】 ． P 2 p f N 2 ． 驺 】 ． 9 2 P d 一 2 。 M N 1 ． 59 注 P 0 支架初 撑 力 F P 一 一 支架循 环束 阻力 P - 支 架 循环时 间加权 平均工 作 阻力 2 ． 1 I 作 面 下部 来压 特 征 觅 图 2和 表 3所 示 。 工 作 面 下 部 初 次 来 压步 距 为 2 9 m，第一 I M 、 、 一 ．．．．_- ～ I ． 个 周 期 来 压 步 距 为 t 2 ．6 m， 第 二 十 周 期 来 压 步距 为 1 8 ．d m， 比第 一 个 周 期 来 压 步距 大 ． 8 m 第 三 个 周 期 来 压 步 距 为 9 ． t m，比前 两 个 步 距均 小 ， 但 来 压 强度 却 比前 两 个 周 期 大 ． 这从 来压时 P ． 值 中可 以看到 。 造成这种现象 的原 医是 在倾 斜煤 层 条 件 下 冒矸 存 在下 滑现 象 ，冒矸 不 同 的 充 填 程 度 影 响 来 压 步 距 和 米 压强 度 。 造成 充填 程 度 差 异 性 是 由于 工 作 面 不 断 伪 仰 斜 ．初 次 来 压 时 下 道 超 前 上 遭 t 3 ． 7 m，第 一 次 周 期 来 压 时 下 道 超 前 上 道 2 6 ． 2 m， 第 二次 周期 来 压 时 超 前 3 6 ． 8 m 第 三 次 来 压时超 前 4 t ．7 m， 这种逐渐加 大的伪斜布置 既 造成 工 作 面 上 部 推 进 缓 慢 ， 冒矸 量 减 小 ； 也 不 利于 矸 石 下 滑 。以 上 论 述 可 看 到 冒矸 充 填 程 度 对来 压 步 距 和 来 压 强度 产 生 影 响 ，且 是 充填 程 度 越 高 ，来 压 步 距 越 长 ，来 压 强 度 减 小 ，反 之 亦 然 。 图 2下部测 区支架 阻力 随推进距 离变 化 连 杆 的 受 力 会 越 来 越 大 。支 架 的 四 连 杆部 分 相 当于 一 十 受 力 放 大 机 构 ， 对 于 P Y4 0 0支 架 而言 ， 它的前 后连杆 上 的最大放 大系 数分别 可 达 1 6和 1 7 ． 5 。 3 在支架 采高 日 一 定时 ， 连 杆 的受力 主 要 取 决 于 四 连 杆 机 构 的 几 何 关 系 。 因 此 ， 适 当调整 四连 杆机 构 的几何构成 ， 将有可 能使 连 杆 受 力 大 为 改 善 。 4 支 架 底 座 耳 板 撕 裂 破 坏 是 由耳 板 根 部 左 侧 的 拉 应 力 O - A远 远 超 过 材 料 屈 服 极 限 所致 。 若将耳板左侧 的钢板 延伸至根部 ， 并与 底 座 成 一 体 ， 则 耳 板 最 大 拉 应 力 将 下 降 5 O 左右 ， 是一个 比较可行的方法 。 5 P Y4 0 0 改 造 型 综 放支 架与 原铺 地 网支架相 比较 ， 实际 上尾粱仅 增加 2 0 c m。但 发生 了前后连杆 内力过 大现象 。这说 明综放 采 场 支 架 掩 护 粱 上 比同 类 综 采 支 架 要 承 受 较 大的支护载荷 。 要使支架适应综放 开采 ， 必须 改进原支 架 四连杆 机构的 几何 构成 ， 即 尽最 降 低 受 力 放 大 系 数 。 责 任 编 辑 一 川 矿 山 压 力 与 啊 板 管 理】 9 9 5 N 窒 2 3 】 秭； 维普资讯 衰 3 下涮 区来压 强度 ＼ 指 标 项 目 来睁 续 时 间 髟 一 来 来 压 强 度 压 广_ 哺 J 压 循环末 阻力P ． MN 循 环加 权阻力P MN 时 天 循 范 隔 来压性质 ＼ 间 数 环 围 天 距 来压期问 来压期间 f d 敦 f m 数 m 来压前 来 压前 及扶序 ＼ 平均 ⋯ 平均 札 I 初 冼来 压 9 ． 1 8 l ， 4 2 1 ， 2 l ， 2 l 1 ， 9 l l 3 5 l ， 4 6 】 ， 5 l 6 8 l 0 ，1 O 】 ， 8 1 3 3 l 8 l 41 2 ， 0 1 ．5 0 1 ． 2 3 l 7 6 周 】 0 2 6 1 2 l 8 ．4 O ． 9 5 1 ．9 4 l ，9 6 2 ．0 6 0 ． 8 0 1_ 5 9 1． 9 9 2 ． 31 期 _ 来 l ， 2 0 ，8 8 1 9 3 2 ，0 0 ，8 5 2 08 压 i l 8 8 f l 8 4 2 ．O 1 1 ． 9 7 0 ， 9 6 1 ． n 平 均 - ／ 2 ， 3 l 4 1 4 1 3 ． 6 l 0 5。 挂 ； 为动载 摹 敦 I ⋯指 最大值 图 3 中 部铡 区支架 阻力 随推连 距离变 化 衰 4 中部 测 区来 压强 度 2 ． 2 I 作 面 中 部 来 压特 征 中部观 测经历 了一个 初次 来 压 和 四 个 周 期 来 压 ， 初 次 来 压 步 距 3 O m， 周期 来压步距较短 ， 且相 对 较 稳 定 ， 均 在 6 ． 0 m 左 右 。顶 板 动 态 及 来 压 情 况 见 图 3和 表 所 示 。 由于 伪斜 影 响 ， 当下 部初 次 来 压 时 ， 上 部 推进 距 离 仅 为 l 3 m， F部 初 次 来 压 以 后 ， 使 下 部 采 空 区 冒 实 ，这 样 随 着 工 作 面 推 进 上 来 压 强 度 ＼指标项 目 来 持续时问 髟 来 压 __ 响 间 压 ‘ 循 环 束阻力P ． MN 循 环加 权阻 力P MN 时 天 循 范 隔 来压性 质 ＼ 问 数 环 围 天 步 d 教 m 数 距 来压期间 来压期间 及次序 ＼ m] 来压前 来压前 _ 平均 ． 平均 _- 韧次 来压 】 0 ． 8 2 1 0 ． 5 6 9 3 0 1 ． 1 9 2 ， ● 2 ． 0 2 2 ， ● 2 ， 0 2 1 ． 0 7 2 ． 1 3 L ． 9 9 1 ． 3 1 1 ， 9 9 1 0 ，1 9 3 ，5 】 ， 5 7 2 ， 8 5 l ， 5 2 7 3 1 ．7 4 1． 3 2， 4 3 局 1 0 2 6 1 ． 8 4 2 4 4 l 3 3 盖 8 1 ， 5 4 l ， 6 2 2 ． 1 2 l 3 期 1 0 ，5 6 5 ， 5 】 ． 8l 2 ， 4 6 1 ， 3 6 2 ，4 6 1 3 6 2 ， 2 6 】 52 2 -2 6 l ，5 2 来 压 四 5 5 1 ． 8 8 2● 3 1 ． 2 0 2 ． 6 6 1 ． { 1 l ， 5 1 2 3 2 1 8 】 ， 3 9 平 均 4 6 L 8 2 ． 4 2 L 3 7 2 ． 6 7 1 ， 5 1 1 ． 5 5 r 2 ．O 7 1 ， 3B 1 ． 5 4 3 2 l e 9 5 ．№2矿 山压 力与璜板 管理 维普资讯 部和 中部 矸石 就不 易 滑至 F部 ， 而变 为集 中 在 中 部 ， 致 使 中部 初 次 米 压 步 距 变 妊 且 初 次 来 压 情 况 和 下 部 有 些 相 似 ， 即 初 次 米 压 强 度 不 比 周 期 来 压 强 度 大 ， 这 可 能 是 倾 斜 煤 层 伪 仲 斜 工 作 面 初 次 来 压 一个 较 为 普遍 的特 征 。 2 ． 3 I 作 面上 部 来 压特 征 上 部 测 区 观 测 从 9 3年 8月 l 5日到 9 { 年 元 月 4日， 历 时 d个 半 月 ， 工 作 面 在 调 仰 伪 斜过 程 中 ， 上 部 推进 缓 慢致使 工 作面 上部 支 架 上 方 顶 板 破 碎 ， 而 且 由 于 顶 板 冒顶 致 使 上 部 测 区支架 长期 倾斜 ， 从 1 1月 l 2日～ l 2月 l 0日期 间 支 架 顶 梁 倾 斜 角 度 超 过 蛐 。 ， 而 实 际上 部 煤 层 倾 角 在 3 3 ～ 3 7 。 之 间 ， 以 上 多 方 面 因 素 使 支 架 测 得 的 载 荷 值 偏 小 ， 为 了 准 确 地 判 别 上 部 来 压 步 距 ， 下 面 根 据 沿 推 进 方 向 支 架 阻 力 变 化 图 ， 结 合 实 际 顶 板 冒 顶 情 况 判 别 上 部 顶 板 来 压 周 期 。 对 照表 5和 图 4 ， 可 以看 到 ， 在 初 次 来 压 ， 第 一 个 周 期 来 压 ， 第 二 个 周 期 来 压 时 ， 上 部 顶 板 均 发 生 冒 顶 ． 其 中 在 第 二 个 周 期 来 压 时 ． 即 l 1月 l 5 ～ 2 1日 上部 经 常 冒顶 ， 由于 支 架上 方 顶 板 破 碎 ． 支 架 倾 斜 等 因素 造 成 支 架 受 载 偏 小 的 情 况 不 能 代 表 顶 板 实 际 载 荷 情 况 ， 所 对 上 部 测 区 观 测 的数 据 拟 主 要 对 l 2月 l 0日 以后 顶 板 正 常 时 ， 所 观 测 的 数 据 进 行 分 析 ， 上 部 来 压情 况 判 定 结果 见 表 6 。 可 以看 到上 部测区共经 历 了初 次来压和 4 个 周 期 来 压 ， 初 次 来 压 步 距 为 2 4 ． 3 m， 周 期 来 压 步距 平 均 为 7 ． 7 m， 初 次 来 压 步 距 较 中 部 和 下 部短 ， 周 期 来 压 步 距 介 于 中 部 和 下 部 之 间 ， 且 与 中部 较 为 接 近 ， 这 是 和 矸 石 下 滑 ， 老 顶 上 部 受到沿层面 自重 拉应 力等 因素 有关 。 2 ． 4 工 作 面 上 、中、 下 部 璜 板 动 态 比 较 及 顶 板 断 裂情 况 舟 析 丧 5 工 作面上 舒 冒厦情 况统 计 日 期 冒顶所在的位置 f 冒顶情况描述 i m 、 s f z ．s m 】 1 ． 1 5 ～ 1 6 2 2 、 2 3 2 4 组 严 重 经常 冒、 宽 1 ． 5 m l l 1 B ～ 2 l 2 3 组 高 】 m长 3 m 冒 高 1 m 】 2 5 2】 一 3 、2 22担 宽 1 ． 5 m 长 3 m J ， 一 7 椎 ≯ _ 7 ⋯ l l 。 l l I l 一 I J I 。 ’ I I。一 ‘ J I 田 4 上部 刮 区支架 阻力 随推进距 离变 化 为 了更 深 人 地 了解 倾 斜 煤 层 综 采 工 作 面 顶 板 活 动 规 律 ， 下 面 根 据 实 测 结 果 对 上 、 中 、 下测 区周 期 来压情 况 进行 比较 ， 结果 见表 7 和 田 5所 示 。 矿 山压 力与璜板 管理】 9 9 5 ．№2 3 3 维普资讯 表 6 上铡 区来 压情况 ＼ 指标项目 来 I； 寄 续时间 影 来 来 压 强 度 压 L 。。 一 响 间 时 天 循 范 隔 压 循 环末 阻力 P - MN 循 环加投 阻力 MN 来压性质 ＼ 间 数 环 围 天 步 来压期间 来压期间 d 数 m 数 距 米压前 来 压前 m 平 均 附 T 平 均 - u 卫 孜 序 ＼ 初孜来压 ／ 2 d 3 周 1 2 ． 5 i／ 6 ． 5 期 来 O ． 5 】 1 2 ． 3 2 1 ． 4 9 】 ． 3 4 1 9 7 1 ． 4 7 】 ． 9 7 压 四 a ．7 1 0 7 ． 5 1 ． a 2 ． a1 1 ． 5 a 1 ． 93 1 ． 3 平均 ／ 2 ． 】 】 3 ． 5 】 ． 7 2 1 ． 3 7 1 ． 4 2 1 ． 6 1 _ 9 5 1 ． a 5 2 ． 1 2 1 ． 4 5 表 7 周期 来压 均强度 比较 持续 时 间 间 周期来压平均强度 蟛 响 隔 来压 循环 末阻力 ， - MN 循 环加投 阻 力 MN 测 天 谐 范 围 步距 区 数 环 天 I 来压期间 来压期间 【 d 散 m C a t 数 平均 平均 ml 上 1 3． 5 1 72 2 ． 1 1 1 ．9 5 2 ．1 2 1 ．4 5 2 5 1 ． 51 】 5 3 1 ．5 下 1 ． 1 3 1 3 ． B 】 ． 0 5 1 ． B { O ． 9 5 1 ． 7 1 1 ． 9 5 图 5 沿 倾向 工作 面矿 压显现情 况 从 P 的绝对值 来看 ， 上 部来压期间平均 为2 ． 5 2 MN， 中 部 为2 ． 4 2 MN， 下 部 为 1 8 8 MN，其 中 中 部 和 上 部 来 压 强 度 较 为 接 3 4 】 9 9 5 ． № 2矿 山 压 力 与 璜最 管 理 近 ， 下部较小 ， 从影 响范围和来压步距看 ， 中 、 上 部 都 较 为 接近 ， 这 种 中上 部 来 压 强 度 相 近 ， 中上部来 压强度大于 下部是 倾斜煤层综 采工 作 面矿 压显 现 的 一十 重要 特 点 。 从 和 变 化 图 中 可 以 看 出在 中 部 顶 扳 下 沉 量 较 两 侧 大 。 从上 、 中、 下部 来压时 间及 来 压时推进距 离 ， 不难 得 出老顶实际分块 断裂情况 。 按照来 压 时 间 ， 对上 、 中 、 下 测 区统 计 如 表 8所示 。 由表可知 ， 上部初 次来 压和 中、 下部第三 次来 压在 时间 上接 近于 同时发 生 ， 中部初 次 来 压和 下 部 第一 次 周 期 来 压 接 近 于 同 时 发 生 ， 中、 下 部 第二 次周 期来 压 同时发 生 ， 中部 第 四次 周期来压和上部第 一次 周期来 医近 于 同时发 生 ， 基 于上 述结 果 可进 一 步推 知老 顶 实际分块断裂情况如 图 6所示 。 一 维普资讯 表 8 上 、 中、 下剽 区来压时 间及来 压时工 作面 推进 距离 下 部 中 部 。 上 韶 来 压性质 来 压 日期 推臣 m 来 压性 质 来 压 日期 推臣 m 来 压性质 来 压 日期 推距 m 町捷 9 ． 1 ～9 ． 2 3 1 0 ． 1 O ～ 1 0 ． 1 4 4 1 ． 6 初敬 1 0 ． B ～l D ． 1 0 3 0 1 O 1 9 ～ 1 0 ． 2{ 1 0 ～ 2 6 6 0 1 0 ． 2 6～ l 0 ． 27 41 ． 5 n． 4 ～ 1 l 6 6 9 ． 7 l l _ Z ～1 1 ． 4 4 7 初攻 2 d ． 3 暇 n ． 1 0 ～ n ．H 5 2 2 l L 1 5 3 2 5 1 2 ．5 1 2 ．1 6 46 ． 5 四 1 2． 2 4～ 1 2 ． 30 5 4 ‘ 图 6老顶 实际分 块斯 裂 图 注 圈 中 位于 工作 面 上 、 中 、 下 部 的标 号 0 ， 1 ， 2， 3 ， 4分 嗣寰示上、 中、 下的栅次来压 ， 第一、 、 三 四攻周期来压． 3 几 点 认 识 和 结 论 1 倾斜煤层 伪仰斜综 采工作面顶 板具 有 分段 来压 特 性 ． 工 作面 上 、 中、 下 部来压 时 间和 来压 步距 也是 不 同的 ． 根据 实测 来压 时 间和步距可确定出老顶 实际分块 断裂情况 。 2 倾斜煤 层综采工作 面老塘 矸石有下 滑 现 象 ． 从 三个 方 面 表 现 出来 ， 第 一 方 面 对 来 压 强度 造成影 响． 致 使工 作 面沿 倾 斜方 向来 压强度是 不对称的 ． 其 中 上部 来压强度大 于 下 部 ． 且 中、 上 部 来压 强度 较 为接 近 ， 这 是倾 斜 煤 层 工 作 面 矿 压 显 现 的 一 个 重 要 特 征 第 二 方 面 对 来 压 步 距 的 影 响 ． 致 使 上 部 来 压 步 距 小于 下 部 ， 上 部 初 次 来压 步 距 最 小 ． 而 周 期 来压 步距介 于两者 之 间 ． 以 上两 方 面 的影 响 即 使 在 同 一 测 区 ， 在 伪仰 过 程 中 也 能 表 现 出 来 。 第 三方面对支架造 成影 响． 突 出地表现在 工 作面 上部顶 板 易发 生抽 冒， 支 架 易发 生倾 倒 ． 因此在倾斜煤层 中使用 综采时 ， 对工作 面 上部顶板应加强管理 ． 使 支架 不发生倾倒 。 责任编辑尤 里 作 者 简 开肢 章 中 ． 荠， 1 9 7 D卑 生 ， 工章 顶 士 1 9 9 4卑 毕 生干 中 臣矿 主 土学 末矿 专 盘． 现 在 谊桩 末煤 教研 室 乩事 最章 工作 ． 矿 山 压 力 与 境 较 量 理] 9 9 5 ． № 2 3 5 维普资讯