厚松散层综采工作面支架工作阻力的确定

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1、2012年第4期煤炭科技No．42012COALSCIENCE&TECHNOLOGYMAGAZINE29文章编号：1008—3731(2012)04—0029—03陋厚松散层综采工作面支架工作阻力的确定周绍廷(同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司，山西朔州036000)摘要：厚松散层移动特点为静压大、动压小，地表移动破坏特征为移动快、变形大。从理论分析的角度解释了出现该情况的原因，并在此基础上，依据普氏压力拱理论，计算出砂岩垮落步距与成拱跨度相耦合时的支架工作阻力。关键词：厚松散层；普氏拱；垮落；支架工作阻力中图分类号：TD

2、355．4文献标志码：B采场覆岩一般属于沉积岩层，顶板由一层或数邻不动松散层间的原来位置。松散层中的这种相对层组成，其厚薄、强度不一，开采引起的岩层运动是运动受到移动松散层与不动松散层接触处的抗剪强逐层向上发展的。而厚松散顶板不具有分层性，顶板度的阻抗。因为抗剪强度有趋向保持移动松散层的松散软、强度低，黏结力低，属于松散连续介质。开采原来位置，故它使支撑移动部分上的压力减少，而使过程中，松散载荷层随基岩层移动、垮落至地表，易相邻的支撑不动部分上的压力增加。这种从移动松发生压架、溃沙事故，严重危及煤矿安全生产。散层把压力

3、传递给相邻不动部分的传递作用通常叫本文将从理论角度分析厚松散层综采面的覆岩做成拱效应。运动机理，并利用普氏压力拱推导上覆松散层载荷松散层的成拱效应使得作用于拱后或拱上的压及支架工作阻力的计算公式，确定支架工作阻力。力传递到拱脚及周围稳定岩土中去。在松散层中开挖，开挖面周围地层就会产生变形或错动，因而产生1松散层运动机理的研究应力释放现象。从外观上看，开挖完毕开挖面顶部出1．1初步分析现坍落现象，最后形成一稳定的临空面，开挖面顶部如表1所列，煤层厚度为5m，开采后岩层移动好像形成一个结构拱一样。的影响范围为4～8倍采高，

4、即约为2O～40m，砂如图1所示，当煤层开采后，随着工作面的推岩、泥岩肯定会进入垮落带，而砂层、风化层、风积沙进，当应力超过其抗拉强度时，砂岩开始垮落，如果可能以载荷的形式作用于砂岩，也可能以成拱的形步距很长，则厚松散层形成拱的概率是很小的，因为式自然稳定。要确定厚松散层条件下支架的工作阻当砂岩步距超过厚松散层压力拱跨度时，压力拱会力，必须研究上覆厚松散层的移动特征。垮落，会以载荷的形式作用于砂岩；而如果砂岩的步表1赋存岩层情况及其普氏系数距较小时，当其步距小于厚松散层压力拱跨度时，砂岩会先垮，而后形成压力拱，说明此时

5、砂岩的周期垮落与压力拱同时存在，但主要是压力拱在起决定性的作用；而当砂岩的步距为中等时(其步距等于厚松散层压力拱跨度)，砂岩会先垮，但在其垮落的同时，也形成压力拱，由于压力拱的存在，使得厚松散层不都是以载荷的形式作用于砂岩层，而是部分成拱，只1．2松散层的成拱效应有成拱部分以下的松散层以载荷的形式作用于砂岩如果松散层的一部分移动，而其余部分保持不时，载荷才与成拱并存，压力拱与砂岩的周期来压共动，靠近移动部分的松散层则向外运动，离开其与相同起决定性的作用。煤炭科技2012年第4期松散层则抛物线ABC的面积为S=8／3×b

6、／2f(4)松散层载荷为F=(5)压力拱高度为图1厚松散层开采岩层运动示意1．3上覆松散层载荷的确定日：哩(6)关于开挖面成拱问题，有许多学者提出过各自由于值一般取20。，因此只有在埋深大于的理论。其中影响最大的是1908年M·M·普罗托奇时，才有可能形成压力拱，应用普氏理论扬科诺夫提出的普氏压力拱。下面利用普氏压力拱推导超薄基岩条件下厚松才比较可靠。该条件下松散层厚度为45～55m，远散层的载荷。大于压力拱需要的高度，因此可以应用普氏卸荷拱取周期来压时岩层运动作为研究对象，支架处法。于最危险状态时是工作面推进至切壁，

7、支架需要承具体到该岩层结构，实测的砂岩破断步距为6m，担的松散层重量达到最大值，即周期来压步距内的小于成拱的跨度，亦即砂岩先垮落，而后厚松散层成松散层重量，此时其力学计算模型如图2所示。拱。2支架工作阻力及来压特点2．1支架工作阻力的确定松散层结构松软，抗变形能力低，抗剪切强度低，和基岩相比属于软弱层，基岩可以认为是松散层沉陷的控制层。因为没有可以形成结构的岩层，因此图2普氏压力拱力学计算模型支架工作阻力应由两部分构成，即垮落带重量与松当垮落带稳定后，上覆厚松散层由于自身重力散层载荷。而冒落，冒落到一定程度后就形成了自

8、然平衡拱，图垮落带重量包括进入垮落带的基本顶重量，亦中弧DEF为内拱，同时上覆松散层也将向采空区方即砂岩的重量。向产生滑动，其滑动破坏面与铅垂线方向的夹角为基本顶重量为0=45—／2，此时，冒落拱将继续扩大到拱跨度为P2=L正。=1．5×6×24×13=2808(kN)2b的新自然平衡拱，见图中弧ABC，为外拱。式中-支架控顶距，