補連塔煤礦12413綜采工作面支架適應性研究

Summary：依據神東礦區補連塔煤礦12413綜采工作面過支架適應性的實際情況，通過現場寫實、理論分析和及現場實驗相結合的研究方法，按實測支架載荷統計估算支架工作阻力、按垮落帶覆巖不能形成穩定結構估算支架工作阻力，根據12413工作面的礦壓觀測結果，總結了12煤四盤區的支架額定工作阻力和12煤四盤區綜采工作面應該選擇的額定工作阻力支架。Keys：支架載荷；工作阻力；支架適應性；垮落帶引言補連塔煤礦12煤層四盤區綜采工作面采高5.0m，12413綜采工作面選用的支架為北煤ZY12000/25/50二柱掩護式液壓支架，已回采12401-12412綜采工作面選用的支架為鄭煤ZY10800/25/50。下面結合12413綜采工作面開采實踐，主要從實測支架載荷、垮落帶覆巖不能形成穩定結構估算支架工作阻力等方面進行支架適應性分析。1、12413綜采工作面支架合理工作阻力確定方法綜采支架載荷大小不僅與煤層采高有關，而且還與覆巖巖性與結構組合及其活動規律有關。盡管煤層采高相等，但如果覆巖巖性與結構組合不同，綜采支架載荷大小也將不同。由于不同開采條件下覆巖巖性與結構組合及其活動規律的差異很大，并且對某些特定條件下的覆巖活動規律仍然沒有完全掌握，現有的礦壓理論和有關支架工作阻力確定方法，尚不能準確定量計算支架載荷和工作阻力大小，目前只能基于現有理論和實測進行估算。有時由于對特定條件下覆巖活動規律的誤判和認識不清，往往會導致估算的支架工作阻力偏小或偏大。如神東礦區開發初期對厚松散風積沙薄基巖淺埋煤層覆巖活動規律的認識不足，導致支架工作阻力估算偏小，造成壓架事故。隨著對厚松散風積沙薄基巖淺埋煤層覆巖活動規律的研究，逐步發現和認識到其覆巖整體破斷特征及其機理，是由于此特定條件下覆巖關鍵層復合破斷，形成了單一關鍵層的覆巖結構條件。就神東礦區而言，覆巖結構與覆巖活動規律總體上可以劃分為兩種類型：（1）單一關鍵層覆巖結構，覆巖呈整體破斷特征。此時，工作面來壓與地表下沉速度峰值是一一對應的?；鶐r和松散載荷層厚度是影響覆巖能否形成單一關鍵層結構的重要因素。厚松散風積沙薄基巖淺埋煤層易形成單一關鍵層的覆巖結構。（2）多層關鍵層覆巖結構，覆巖呈多組破斷特征。此時，工作面來壓與地表下沉速度峰值是不對應的，地表下沉受最上部的關鍵層即主關鍵層的控制，而覆巖主關鍵層由于遠離工作面對支架載荷的影響很小。據神東實際觀測發現，神東礦區部分工作面在不同蓋山厚度條件下，支架載荷存在明顯的差異，蓋山厚度增大，支架工作阻力隨之增大。出現這種情況的原因是覆巖形成了單一關鍵層結構。如果覆巖為多層關鍵層結構，則蓋山厚度的變化并不會影響支架工作阻力大小。通過補連塔煤礦12413工作面的礦壓觀測研究，發現12413工作面覆巖為多層關鍵層結構。影響工作面支架載荷大小的僅為下部一定高度的覆巖，主要為處于垮落帶高度的覆巖。2按實測支架載荷統計估算支架工作阻力按礦壓觀測獲得的支架循環末阻力進行支架工作阻力的估算方法如下：P=+（1～2）σ（2-1）式中，P，支架額定工作阻力，KN；，實測的支架循環末阻力平均值，KN；σ-，實測的支架循環末阻力均方差，KN。按兩種方式進行統計估算：（1）按來壓期間支架最大循環末阻力進行統計，即式（2-1）中為來壓期間支架最大循環末阻力的平均值，此時，取1倍的均方差，即支架工作阻力的估算方法如下：P=+σ（2-2）統計結果為：=49MPa，σ=4.1MPa，故P=53.1MPa，相當于10779KN。（2）按整個期間支架循環末阻力進行統計，即式（2-1）中為來壓期間和非來壓期間支架循環末阻力的平均值，此時，取2倍的均方差，即支架工作阻力的估算方法如下：P=+2σ（2-3）統計結果為：=41MPa，σ=8.7MPa，故P=58.4MPa，相當于11855KN。由表1可見，按上述方法（1）統計估算的支架額定工作阻力10779KN。按上述方法（2）統計估算的支架額定工作阻力為11855KN。上述統計段工作面的平均采高為4.3m，綜合上述統計估算結果，在煤層采高為4.3m時，按全工作面實測支架載荷統計估算的支架工作阻力應為10779KN～11855KN。3按垮落帶覆巖不能形成穩定結構估算支架工作阻力如按最危險狀態考慮，垮落帶覆巖不能形成穩定結構，其巖層重量全部由支架承擔，則支架工作阻力的估算方法如下：式中：——每架支架工作阻力，KN/架；——支架寬度，m/架；——垮落帶第i層巖層容重，KN/m3；——垮落帶第i層巖層厚度，m；——垮落帶第i層巖層懸頂長度，m；——支架支護效率。以12413面B274鉆孔柱狀（表2）進行支架工作阻力估算，表1補連塔煤礦12413工作面B274孔層號巖層厚度/m巖性94.47泥巖80.541-1煤70.79泥巖61.60細粒砂巖57.61粉砂巖40.65砂質泥巖30.851-2上煤212.74細粒砂巖16.81-2煤煤層采高按4.3m計，垮落帶高度按3倍采高計，為12.9m。由B274鉆孔柱狀可見，垮落帶高度達1-2煤頂板第2層巖層。根據12413工作面礦壓觀測結果，第1層、第2層頂板厚度為13.5m，懸頂長度即為頂板周期來壓步距，平均為17m。支架寬度1.75m，巖層容重22KN/m3，取0.9。將上述參數代入計算公式，計算結果為支架工作阻力為9818KN。按按垮落帶覆巖不能形成穩定結構估算支架工作阻力，按B274鉆孔的頂板結構，12413綜采面采高4.5m時的支架額定工作阻力估算結果為9818KN。結束語通過上述兩種估算方法對支架額定工作阻力的估算結果表明，按垮落帶覆巖不能形成穩定結構估算結果為9818KN。根據12413工作面的礦壓觀測結果，12煤四盤區的支架額定工作阻力應該達10800KN～11900KN。可見，12煤四盤區綜采工作面應該選擇額定工作阻力達12000KN的支架。Reference