特厚煤层强矿压工作面综采支架及超前液压支架研究与应用

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1、特厚煤层强矿压工作面综采支架及超前液压支架研究与应用0前言华亭煤矿目前开采煤5层，该煤层标高+860.7m～+1023.9m，地表标高+1557m～+1580m，开采深度719.3m。煤层平均厚度36.9m。煤层层理明显，裂隙较发育，倾角5～8º。250101工作面配备的是ZF7500/18/35型低位放顶煤支架，实践证明在开采过程中该型号支架立柱损坏，支架压死，造成工作面移架和推拉溜困难、支架安全阀大量失爆、工作面推进速度慢，支架维护费用高以及两顺槽超前支护段压力大，区域作业危险性高，对矿井的安全生产带来了一定的困难。为

2、解决这些困难，公司与天地科技股份有限公司合作，从开采方法、矿山压力及支架的参数等方面进行研究、设计，最终确定出合理的分层厚度、最佳开采方法、设计制造出参数合理的工作面液压支架及两顺槽超前液压支架，从根本上解决了以上出现的各类问题。1冲击倾向性测定及危险性评价(1)煤、岩样的物理力学性质煤、岩样的物理性质。测试煤5中层煤及顶、底板试样的视密度、真密度、含水率和自然吸水率。煤、岩样的力学性质。测试煤5中层煤及顶、底板试样的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、单轴抗拉强度、变角剪强度、内摩擦角及内凝聚力。(2)冲击倾向性鉴定煤5中层

3、煤的冲击倾向性鉴定：测试煤5中层煤试样的动态破坏时间、弹性能量指数和冲击能量指数，依此判定该煤层的冲击倾向性。(3)顶板岩层冲击倾向性鉴定：测试并计算煤5顶板各个分层的弯曲能量指数，依此计算复合顶板弯曲能量指数，判定顶板的冲击倾向性。2、特厚煤层不同分层开采方案比较制定三个分层方案进行比较：方案（一）为分两层各层厚度为18m均采用放顶煤开采；方案（二）为分三层开采，各层厚度为12m，均采用放顶煤开采；方案（三）为首先布置顶部4.0m大采高，后分两层各16m进行放顶煤开采。3、特厚煤层综放开采合理布置方式的数值模拟研究6（1

4、）工作面垂直应力（Szz）分析（2）工作面破坏区分析（3）工作面顶板位移分析4、特厚煤层分层综放工作面矿压显现规律研究（1）首采工作面矿压观测研究（2）观测站设置及观测内容（3）支架工作阻力观测（4）煤柱应力观测（5）顶板位移观测5、冲击地压条件下支架支护强度的确定（1）放顶煤支架工作阻力统计回归公式（2）建立在支架工作阻力构成分析基础之上的顶板结构分析估算法（3）特厚煤层综放支护强度计算方法6、超前支架适应性研究（1）结合支架围岩关系，设计适合的超前支架。（2）分析现有支护方式的适应性，并在支架设计中进行改进。（3）超前

5、支架结构优化设计和三维动态优化分析。（4）超前支架主要参数确定；（5）超前支架控制系统优化设计。一、华亭煤矿煤5中层煤试样冲击倾向鉴定（1）华亭煤矿煤5中分层属于3类，为具有强冲击倾向性的煤层；（2）华亭煤矿煤5顶板岩层属于2类，为具有弱冲击倾向性的岩层；（3）考察该点到六个中心坐标的距离，其距离5个中心坐标的距离见表2-3。根据最小距离原则易知冲击地压危险性等级为4级(较强冲击危险)。表2-3华亭煤矿冲击危险等级确定表分级各危险等级中心坐标距中心坐标距离1级V1(0.39，-0.28，-0.72，0.37)0.242级V

6、2(0.32，-0.36，-0.96，0.24)0.203级V3(0.24，-0.12，-0.83，0.22)0.254级V4(0.24，-0.21，-0.95，0.47)0.125级V5(0.14，-0.23，-0.85，0.32)0.156级V6(0.10，-0.35，-0.78，0.34)0.216（4）通过利用数量化理论建立的冲击地压危险性评价模型在华亭煤矿的实际应用，说明该理论用于建立冲击地压危险性评价模型是可行的，评价结果和实际情况基本吻合。（5）对冲击地压危险性进行评价的结果表明华亭煤矿需要开展相关预测防治工

7、作。二、特厚煤层不同分层开采方案比较制定三个分层方案进行比较：方案（一）为分两层各层厚度为18m均采用放顶煤开采；方案（二）为分三层开采，各层厚度为12m，均采用放顶煤开采；方案（三）为首先布置顶部4.0m大采高，后分两层各16m进行放顶煤开采。三、特厚煤层综放开采合理布置方式的数值模拟研究1、工作面垂直应力（Szz）分析通过对两种方案的垂直应力云图（Szz）进行分析发现：(1)初采期间，两种方案沿工作面面长方向和推进方向均存在应力降低区、支承压力区和原岩应力区，并沿面长方向出现两个峰值区域；(2)两种方案在开切眼时均在工

8、作面煤壁上方出现应力集中，应力集中范围大致相等；(3)随着工作面的推进，两种方案均在工作面处出现应力降低区，应力值约为2MPa，在工作面煤壁前方出现应力集中，工作面超前支承应力峰值距煤壁约为15~20米，第二种方案超前支承应力的超前距离较第一种方案大，且应力值较大，由于超前支承应力峰值点为综放开采顶煤破