综合机械化采煤工作面矿压显现规律与控制技术.pdf

技 术 创 新 缸科 技 2 0 0 7 1 1 期 撇 综合机械化 采煤 工作 面矿压显现规律与控制技术 曹 国林 刘慧 勋 平 顶 山 煤 业 集 团 六 矿 摘要对煤矿综合机械 化采煤 工作 面矿压显现 作 了实际 、细致的描述 ，分析 造成这种显现现 象的根本原 因，提 出其控制的 新技 朱 ． 关键词综采工作面矿压显现特征硕板与煤壁控制 平顶山煤业集团六矿位于平顶山矿区北部， 1 9 7 年投产 ，设 计能力为 J 万吨， 年 经过三次技术改造 ，现矿井核定生产能 力 3 2 0 万吨， 年。井出处在平顶山煤出向斜南翼中部，沿北西南东走向 分布 ．．井 田走r u J 长5 ． 5 k m ～ 7 ．5 k m，倾斜长3 ． 3 k m 4、 8 k m，面积为 2 6． 2 k m 煤系地层主要是上石炭统太原群 、 下二叠统山西组和下石盒子 组以及上二叠统上石盒子组，共含煤7 组8 8 层，其中可采煤层有3 组 4 层丁； 层平均厚度为4 ．2 m，煤层结构简单 ，局部有一层夹 矸 ，直接顶为厚3 m ～ l O m 的泥岩，老顶为3 m～ l O m 的砂岩，底板为 砂质泥岩 ；戊 噪层平均厚度为1 ．8 m，煤层结构简单，局部有l 层 一 3 层夹矸 ，直接顶为2 ． 5 m 一 7 ． m r 的砂质泥岩 ，老顶为2 m一 1 0 m 的中 粒砂岩，底板为泥岩；戊．L ．臊 层平均厚度为3 ． 3 m，煤层含l 层一 3 层 夹矸 ，直接顶为O m 一 5 m 的泥岩，老顶为8 m ～ 2 7 m 的细砂岩 ，底板为 砂质泥岩；已l 7 煤平均厚度为4 ． 5 m，煤层结构，局部有l 层夹矸， 直接顶为3 m ～ 2 O m 的砂质泥岩 ，底板 为砂质泥岩。各煤层均有 O m - 3 m 的炭质泥岩伪顶 、煤层倾角l 0 。～ l s 。，平均匀l 2 。。 1 工作面顶板来压规律 老顶初次断裂引起工作面老顶的初次来压。老顶岩层尚未断裂 时，整个已采空问周围形成一结构系统，其上部为老顶岩层，四岗 由直接顶及煤柱作为支撑物 ，而采场则处于此结构系统的保护之 下 ，老顶及其上覆岩层的载荷也比较小．．当老顶悬露达到极限跨距 时，老顶断裂，同时发生已破断的岩块回转失稳 变形失稳 ，有 时可能伴随滑落失稳 顶板的台阶下沉 ，从而导致工作面顶板的 急剧下沉 ， 此时 ，工作面支架呈现受力普遍J J u 大现象即称为老顶的 初次来压。当老顶断裂后 ， 采场上方老顶弯曲下沉并通过直接顶而 作fIH 于支架 ，因而 ， 直接顶反而趋于稳定状态，初次来压前煤壁内 支承压力达至 n 最大， 此强大的支承压力可能使直接顶及煤壁形成剪 切破坏。 初次来压一般要持续2 d ～ 3 d 才能将工作面推过去。来压时工作 面顶板下沉速度急剧增加，如六矿丁6 - 2 2 2 0 0 1面来压前顶板下 沉速度为2 m m ／ h ，随着采空区面积增J J U 时 ，下沉速度达到3 m m／ I 1 。 当工作面采空区面积达 lJ 3 4 O O m 时形成初次来压，这时顶板下沉速 度超过3 mm／ h 。 随着凹采工作面推进 ， 老顶在初次断裂以后，裂隙带岩层形成 的 “ 结构”将始终经历 “ 稳定失稳再稳定”的变化。这种变化将呈 现向而复始的过程，因此称为周期来压。 J 剖 期来压的主要表现形式是顶板下沉速度急剧增J J u ，顶板下 沉量变大，支柱所受载荷普遍增J J u ，有时还可能引起煤壁片帮、支 柱折损、 顶板发生台阶下沉等现象 2直接顶初次 垮落 当工作面推进到距切眼l 8 m 时，直接顶发生初次垮落 ，此时采 空区内冒落矸石已充满架后空问。下接顶的垮落顺序山西部到东 部，垮落步距分别为西部1 8 m、中部2 0 m、东部2 4 m，最大相差5 个 循环 ． 整个工作面直接顶初次垮落步距平均2 2 m，之后直接顶随工 作面推进、支架前移而垮落。 3 基本 顶来压规律 随着工作面由开切眼向前推进 ，采空区顶板悬露面积增大，顶 板压力增大，支架的支护阻力增高。初次来压时，工作面中部、机 头部压力大 ． 工作面中部来压时循环末阻力为4 8 8 9 ． 2 5 K N，为支架 额定工作阻力的8 7 ．3 ％；东部和西部来压时循环阻力分别为额定工 作阻力的8 o ． 9 ％和7 9 ． 5 ％。整个工作面初次来压步距平均2 2 m。工 作面蒯期来压时 ，中部支架最大载荷平均4 4 8 8 ． 6 k n ／ 架，为支架额定 工作阻力的8 9 ． 1 8 ％。可见来压时支架的利用率很高，充分发挥了 其支护效能． ． 4 工作面顶板来压特点 大功率综合机械化采煤工作面推进速度快，其顶板来压和普通 综合机械化采煤工作面相比具有以下基本特点 1 来压的影响时 缩短，影响范围减小。 2 来压的问隔时间缩短，来压次数频繁。 3 整个工作面的来压时间趋于一致。对工作面三个部位的 观测表明，来压步距最大相差1 4 m，即不到2 d 的时间，平均相差 7 m，基本呈整体来压趋势。 4 工作面来压时动载系数较小。 5 来压步距大。工作面较相I 百 J 地质条件下，顶板来压步距 增 大2 m～ 3 m ， 5 工作面矿压显现特征 在初次来压前，随着工作面推进距离的加大，片帮的频次也增 大，片帮深度平均分别为4 1 2 ．7 m m和 ． 1 mm，初次来压时，片帮 深度分别为7 1 8 mm 和8 1 2 ra m，分别增加了7 3 ． 9 ％ 和l } 1 ． 1 ％。 最大片 帮深度为1 ． O m，但总体上看， 初次来压期问片帮并不很严重 期 来压 和 非 周 期 来 压 期 间 ，工 作 面 片帮 一般 都在 3 0 0 m m ～ O O m m，并无明显的不同，端面几乎没有冒顶发生 。可 见，在来压和非来压期间工作面片帮 、冒顶等矿压显现不明显 、 相 差不大，是工作面快速推进条件下的主要显现特征。 6 工作面支架承载特性 6 1 支架立柱的运转特征 支架立柱的运转特征是支架支撑顶板后 ， 其工作阻力与时问的 变化关系 其与循环时J 、顶板的活动程度及支护质量有关。统计 分析表明，工作面支架立柱9 5 ％以上呈一次增阻状态，说明支架具 有良好的运转特性和工作性能。工作面推进速度快，循环时问短 ， 支架立柱阻力在随顶板下沉而增大过程中很难受顶板的波动而起阻 力的变化。支架的这种工作特性，也有利于顶板的及时支护。 6 ． 2 支架的增 阻特性 由于工作面推进速度快，支架的个工作循环时间短，因而支 架的增阻幅度将受至 q 影响。根据工作实践表明 在工作面快速推进 的条件下，支架循环增阻幅度并不很高，平均只有1 2 0 7 ．8 K n ／ ， 是实际初撑力的7 6 ． 8 ％，刷时还可看出， 初撑力增大，循环增阻量 也较大 凶此 ， 在工作面快速推进时，保持支架较高的初撑力有利 于发挥支架的支护效能和对顶板的有效控制 7工作面 顶板位移特征 工作面怏速推进和一般推进相比，在直接顶垮落之前，顶板悬 露相剐距离时下沉量后者比前者大。下沉速度前者则有一突变点， 例如测点在距煤壁7 m一 8 m 后 ，顶板下沉速度很快，直到顶板发生 垮落，而之前顶板下沉速度则低于后者，表明工作面快速推进时顶 板垮落具有突发性的特点。 维普资讯 淤 缸科 效 2 0 0 7 - 第1 1 期 技 术 创 新 ‘ 箸{ o 。 _ 系上看，由于工作面推进速度怏，顶板相对稳定，支架的增阻量较 小，、当顶板破碎或受地质构造带的影响较严重时 ， 必须保证支架有 较高的初撑力 此，提高支架的初撑力 对于充分发挥支架的支护 效能和保持支架的稳定性具有重要的作川 9 工作面顶板与煤壁控制 】 m砜} 薏 ． i 愿 爱与 工 佧 由推 进 遥 爱 山上I 所示，在怏速推进时老顶断裂前相对稳定 没有明显的 失稳征兆，而当老顶断裂时，其下沉速度lJ IJ 有较大的突变．． 工作而 推进速度对矿压显现的影响和一般速度推进时相比，大功率综合机 械化采面在怏速推进时顶板下沉量小，因而项板 的离层量减小， 顶板破坏范倒和活动程度减小 ，顶板较稳定．． 所以，J J u 怏工作面推 进速度，实质上是减小了工作面顶板发生变形破坏的时 J ，凶而顶 板来压步距比一般速度推进时偏大，矿压显现不明显， 8 工作面工序及支架围岩系统监控及控制 掌握了工作面怏速推进下顶板的来压规律、显现特征和支架承 载特性，就为工作面顶板和工序的控制提供了依据 综合机械化采煤工作面支架匝 l 岩系统监控是属于新方法的生产 监测 ，即在生产过程中进行技备运行的工况监测，并根据监测结果 随时凋整没备的运行参数，这种量化的生产管理方法有利于确保综 合机械化采煤工作面的安全生产和提高效率 六矿根据大功率综合机械化采煤工作面支架围岩系统的特征， 实行了针对性的监测 ，并把监测工作贯穿于生产的全过程 、 如丁 6 - 2 2 2 0 0 综合机械化采煤工作面怏速推进时，顶板来压影响时 J 较 短、来压强度较小，矿压显现不明显 从支架与匝 l 岩的相互作川关 接7 3 页以而且应当用自己的先进典范深刻而持久地改善民众的 思想意 和行为规范， 并逐步优化整个社会的价值观念和道德风尚。 8 是充分发掘科学技术的人文价值， 积极防范负面作用的重要保证 科学技术在进步发展过程中，出于受到三重影响 发展阶段的 局限，应崩科技成果的目的差异和科技管理的有效程度 ，科学技 术的作Jl} j 其有双重性，既可以正面应用， 造福人类，又可能负面应 崩，危害人类。例如， 落后技术伴生的危害、 把科技用于战争或恐 怖活动、随意克隆人类自身 、 高科技批罪、 破坏资源环境和生念平 衡等，、 而J J u 强科技职业道德和作风建没就能够充分发挥科学技术的 人文价值，进一步明确科技开发的正确目的是为全人类渫福利 ， 推 动社会的文明进步，并实现可持续性发展 从而促使广大科技工作 者加速研发进程，优化研发功能，合理应用研发成果，并严格规范 地进行科学管理和 际合作， 这就能更好地发挥科学技术的正面作 用。 有效地制约和消除负面作用，促进人类实现科技、经济、 社会 和环境的可持续发展。所以，JJ u 强科技职业道德和作风建没，不仅 接1 0 6 1 ， 2 Ju D 4 算法描述 1 像预处理 2 利用分块累加直方图方法提取 像的各个子块的颜色特 征。 并进行内部归一化。 3 1 利用G a b o r ／ b 波滤波器组对查询 像进行变换，并提取其 纹理特征， 并』J u 上粗糙度、对比度和方向性，组成新的特征向量， 并进行内部归一化。 4 分别将查淘图像与 像库中所有图像的颜色和纹理距离 向量进行外部归一化，再舢权相 J 1 ] d i s ．_ c o l o r ，d i s _ t e x t u r e 分别是颜 色特征向量和纹理特征向量的欧氏距离；w ， w 为舢权系数 d w * di s _c olo r w * d i s_t e x t u r e 4一j 5 1 对距离向量d 进行排序，按要求输出结果 5结论 ld 前，在图像检索领域还没有在不矧的情况下都表现出很好效 果的通用方法，通常需要综合特征。本文提出了一种新的综合颜 由于六矿丁组煤平均厚度达到3 ． 6 m，支架支撑最大高度达到 3 ， 8 m，工作面采高增大，容易增』 J U 煤壁片帮的可能性，煤壁片帮后 又导致断面顶板悬露面积J J u 大而引起冒顶， 使顶板不易控制，为了 解决这些 题，六矿主要J J u 强了如下措施 1 JJ u 强护帮板的使用 在机组割煤移架后，立即打开护帮 板，在饥组割煤前，提前于采煤 J L I 2 梨将护帮板收起，使工作面煤 壁始终在护帮板支撑下。 2 提高支架的实际初撑力和工作阻力． ． 提高泵站的供液压 力，安没压力指示器，擦顶带压移架和及时拉超前架．． 3 当遇到松软煤体和破碎顶板岩层时 ，截深要减少为 J ．3 m～ 0 ．4 m，并提高采煤机的牵引速度，以J J u 怏推进度。 4 操作液压支架时实行擦顶带压移架，防止液压降低，影 响拉架力和拉J J u 速度。 5 采用及时移架结构方法，使支架顶梁顶住煤壁 ，采煤机 只采低刀，如有粘顶煤，可以利用支架顶梁产落 、 6 工作面出现局部的片帮和大采高支架歪例、 陷底、挤架 等现象，应及时调整 作者简介曹国林，1 9 9 0 年毕业于焦作矿业学院采矿工程专业， 工程师，现任平煤六矿 办公 室主任 收稿 日期2 o 0 7 8 1 41 能够积极拓展科技活动的各种效能，而且能够积极促进人类的自我 完善和社会的进步文明，具有深层次的哲学和文化价值 由此可见，JJ u 强新形势下的科技职业道德和作风建没是解放思 想、实事求是、与时俱进、开拓创新的重要内容，对于充分发挥科 学技术的第一生产力作用，J J u 速现代化的步伐，全面建没小康社 会开拓中国特色社会主义事业新局面，提高社会主义物质文明和 精神文明水平，具有重要的理沦意义和实践意义 参考文献 ⋯江泽民全面建设小康社会，开刨中国特色社会主义事业新局 面一在中国共产党第十六次全国代表大会上的报告 l 2 1 中共中央关于加强精神文明建设若干问题的决定 【 3 l 中共 中央精神文明建设指导委 员会关于贯彻党的十六 大精 神 ，进一步加强公民道德建设的意见 l4 l 公民道德建设实施纲要 作者简介李丽萍，四川科技职工大学讲师。 收稿 日期 2 0 0 7 0 91 f 1 】 色 、 纹理的综合特征I 像检索方法，在综合这些特征时，首先对特 征进行了归一化，以保证不同特征在相似距离汁算L I 地位相州 。 然 后对各分量肋权相加，最后对距离向量进行排序．实验表明，出于 考虑了特征『 日 J 的互补，该方法克服了单一视觉特征的 “ 局限性”， 符合人眼的 “ 识别模式”，融合颜色和纹理特征进行I 像检索具有 很好的效果 ， 参考文献 l 1 l 韦娜基于内容图像检索关键技术研 究l Dl 西北大学博士论 文 ， 2 0 0 6，3 -5 【 2 l2 、 a i n M J ，B a l l a r d 1 H ． Co l o r i n d e x i n g U 】 。 I n t e rna t i o n a l J o u r n a l o f C o mp u t e r V i s i o n 1 9 9 I ．7 I I 1 3 2 【 3 】3 ； o n z ifl c z R C ．Wo o d s R E． D i g i ta l h n a g c P r o c e s s i n g 【 M】 t 1 9 9 2 ． 3 c d ． A d d i s i o n W e s l e y f 4 l S E r ／ g o r c s c u ， N P c t k o v ， 1 K mi z i H g a C o mp a r i s o n o f T e x t u r e F e a t u r e s B a s e d O i l Ga b o r F i lt c r s [J 】 I E E E T r a l lS a c t i o ll s O I 1 h o a g c P r o c e s s in g。 2 o o 2，1 1 1 0 1 1 6 0 1 1 6 7 作者简介许锐 1 9 7 ,q 一．福建工程学院计算机与信息科学系讲 师，中南大学信息科学与工程学院硕士研 究生，研宄方向为图像处理 与图像检索；黄东军 1 9 6 { } 一，中南大学教授 、博士，研究方向为网 络与 多媒体 技 术。 收 稿 日期 2 0 0 7‘ f 18‘ 1 3 维普资讯