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1、长沙矿业集团五亩冲煤矿采场顶板活动规律及其分类长沙矿业集团赵正稳摘要在实测的基础上，分析了五亩冲矿井采场直接顶的垮落特征及老顶运动规律，并据此进行了顶板分类，分析了现有支护方式与围岩的相互作用特征及适应性，为支护方式的改进、顶板的有效控制提供了依据。关键词顶板支架规律分类五亩冲矿井是长沙矿业集团煤炭坝矿区生产能力最大的矿井，1995年改扩到年产60万吨的生产规模。矿井采而支护一直使用倾向架棚支护，为了能使矿井工作面安全、高效、低耗生产,长沙矿业集团对五亩冲矿井1302工作面矿压显现规律及顶板分类进行了研究，为现有支护方式的改进、顶板的有
2、效控制以及工作面的布置与开采提供了依据。1、工作面地质概况与生产技术条件1工作面地质概况1302工作面位于该矿井第三采区，该面左边以断层为界，±边界与开采的1303相邻，下边界在开采的1301相邻，右边界与已采的1104相邻。1302面开采取2#煤层，赋存稳定，煤厚3.5〜5.5m,均厚4m,直接顶，砂质页岩，水平层理发育，易冒，厚约10〜15m，老顶,长兴灰岩，厚度变化大，均厚约300m,直接底，煤层（上分层采面）2m。1、2工作面简介工作面切眼90m,平均斜长100m,走向长710m,采高2m,煤层倾角5°o釆煤方法：走向长壁，倾斜
3、分层，自然垮落。生产工序：三采三准，每大班1.5个循环，循环进度0.8m,控顶距26.-1.8m,工作面上、下引巷采用工字钢梯形支架及木梯形支架，超前支护20m。T作面支护方式为单体液压支柱配木顶梁，沿倾向架棚，一梁三柱两箭梁，见四回一，煤壁及下巷采用SGW-40型输送机运煤。2、采面顶板活动规律2.1直接顶的垮落特征采面直接顶厚度10〜15m,成分为砂质页岩、泥质页岩、炭质页岩，水平层理发育。因此直接顶的垮落形式对采场支架稳定性及矿压显现影响很大。实测表明，直接顶并不是整体垮落，而是呈分层垮落特征。从冒落肝石看，直接顶分层较多，直接顶
4、的初次垮落步距7m,直接顶初垮落后，显分层且分段垮落特征。直接顶的垮落高度与采高有关，其极限垮落高度或按h=m(k-l)计算，式中h为直接顶垮落高度，m为采高，k为岩石碎胀系数。由于直接顶分层垮落，因此，直接顶垮落没有对支架稳定性造成影响，支架增阻不明显，煤壁片邦现象多。I、2老顶的运动规律采面老顶为长兴灰岩，富含水，均存约300m。老顶位于厚度较厚的直接顶上位岩层，由于直接顶垮落充分，致使老顶下沉空间比较大，使得老顶的最终回转变形量小，对采场的影响较小。实测表明，循环支护阻力增阻量无明显增大现象，单体液压柱安全阀开启率极低，煤壁片邦无
5、明显变化，老顶无明显周期來压显现，未出现周期性断裂，而是在煤壁和采空区的支撑作用下缓慢下沉，对沿空留冋风巷实测，采空区距煤壁30-40m左右地段压力增大，这段的冒落顶板在缓慢下沉作用下处于压缩，两邦移近量变化明显，矿压显现较强。2、3采场顶板分类采场顶板分类对于支架的合理造型和顶板的有效控制具有重要意义。根据工作面的观测结果，依据煤炭行业《缓倾斜煤层工作面顶板分类》标准，对工作面的直接顶和老顶进行了分类和分级。分类结果为：采面直接顶为I类直接顶，综合直接顶与采高的比值N（10〜15/2=5〜7.5）,确定老顶为I级顶板。3、采场支架适应
6、性分析采场支架良好的适应性表现在支架与围岩的良好作用关系，支架对顶板的适应性以及支架对端面顶板的良好控制效果。2.1初撑力的平均值及分布情况实测表明，工作面单体液压柱初撑力一般都在30〜40KN之间变化，个别甚至不足10KN,工作面支柱初撑力平均值为34KN,而DE-100单体柱初撑载荷为70〜90KN,基本无柱初撑力达到70KN,初撑力极低。支柱初撑力低下的原因，顶梁为木顶梁，由于木材的单向抗压特别是横向抗压强度小，初撑力过高，造成木顶梁压损，初撑力无法达到要求，造成工作面阻力下降，从而引起直接顶的离层、冒落，在控顶范圉内难以保持直接
7、顶的完整。3.2支柱工作阻力及支护密度的分析支柱工作阻力平均80KN,支柱额定工作载荷240KN,仅为额定工作载荷的33.3%O采面矿压显现有明显的分排性，第一控顶排到第三控排，压力呈递增趋势，第三控排最大，而第四控顶排支柱载荷较第三控顶排平均要小，主要原因是直接顶强度低，随回采冒落导致第四控顶排上方出现直接顶局部冒落空顶，从顶板下沉实际看，第四控顶排邻近支柱放顶时，顶板下沉出现回弹现象，也符合这一点。造成支柱工作阻力低的原因，一是初撑力不够，另一个是支柱钻底，由于上分层开采，采面底板为煤层，其强度低，易造成支柱压人底板，造成支柱效能不
8、能充分发挥，支护强度小，恶化了顶板的稳定状态。支护密度的分析：实测工作面支护密度为3.13根/Hl?。由于支柱主要是控制直接顶“给定载荷”，工作面直接顶厚为10〜15m,则采面支护强度可确定为0.25〜0・
