大采高综采支架工作阻力综合分析与确定.pdf

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1、第28卷第2期西安科技大学学报2008年6月JOI『RNAI．OFⅪ’ANUIⅡvER：SⅡYOFSCIENCEANDTECHNOIOGYV01．28No．2JuIL加108文章编号：1672—9315(2008)02—0254—05大采高综采支架工作阻力综合分析与确定李龙清1，荆宁川2，苏普正1，张杰1，秦国玉3(1．西安科技大学能源学院，教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西西安7l0054；2．神华宁夏煤业集团，宁夏银川，750001；3．金川集团公司龙首矿，甘肃金昌737100)摘要：通过基于全波形声发射的岩

2、石力学特性参数试验及分析，6．2m大采高综采支架工作阻力物理相似模拟，采用．FLAC3D三维有限差分计算分析等方法和手段，分析工作面向前推进过程中上覆岩层的垮落、破断对工作面支架支护阻力的影响，并对模拟支架工作阻力进行了统计分析，确定了合理支护强度或合理支架工作阻力，为羊场湾煤矿6．2m大采高工作面的安全开采和支架工作阻力参数的确定提供了科学的依据。关键词：大采高；相似模拟；FLAc3D数值分析；矿压规律；支架工作阻力中图分类号：TD322文献标识码：AO引言神华宁夏煤业集团公司羊场湾煤矿是该集团的特大型矿井。在羊场湾煤矿

3、开采的2。煤层中装备的2个综采工作面，均采用走向长臂全部垮落采煤法，采高4．O一4．5m，综采支架工作阻力6300kN。准备接续的110203工作面煤层平均厚度为7．2m，煤层倾角一般8—15。，局部达200左右，走向方向煤层起伏坡度一般为80左右，最大达14。左右。为了提高煤炭回收率，拟采用大采高一次采全厚开采工艺。根据目前我国采煤机所能实现的最大采高，确定工作面最大采高为6．2m。工作面走向长度2000—4000m，倾斜长度240—300m。目前按工作面走向长度4000m，倾斜长度300m考虑设备参数。由于2’煤层伪顶

4、和直接顶为泥岩，顶板松软易冒，沿煤顶开采后顶板很难完整的保留，采煤工作面经常发生严重的冒顶。110201工作面和110202工作面的开采实践表明，2’煤层开采中必须保留一定厚度的顶煤作为工作面开采时的顶板才能保证工作面生产正常进行。因此，大采高工作面应沿底开采，平均留设1．2m左右的顶煤。稳定的顶煤结构有利于整个工作面的顶板控制。大采高综采已在我国一些矿区使用，并取得了一定的成功⋯，采高大都在5．0m以下旧’3J。在神东、晋城寺河煤矿已有6m大采高的工作面，但是在近水平煤层中应用HJ。在倾角150左右的煤层里，倾角的增加对

5、大采高工作面中支架的工作阻力和稳定性将产生更为严重的影响。为了确定6．2m大采高综采支架合理的工作阻力，在现场工程深入调查的基础上，进行了岩石力学综合试验、室内相似模拟实验、数值计算分析等方法和手段，综合分析并初步确定了支架的工作阻力，为安全开采和支架工作阻力参数的确定提供了科学的依据。1基于全波形声发射的岩石力学特性参数试验及分析利用教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室的先进设备及精密仪器仪表，全面完成了羊场湾煤矿岩石力学特性实验，获得了岩石及2’煤的力学特性及破坏过程的定量力学参数(表1)，为羊场湾煤矿6．2m大采高

6、支架支护阻力的合理确定奠定了基础。收稿日期：2007一12—30基金项目：国家自然科学基金项目(50574073)作者简介：李龙清(1957一)，男，陕西蓝田人，教授，主要从事采矿工程专业的研究和教学工作．第2期李龙清等：大采高综采支架工作阻力综合分析与确定25526．2m大采高综采支架工作阻力相似模拟实验研究的目的是模拟羊场湾煤矿6．2m大采高工作面综采支架合理工作阻力，分析向前推进过程中上覆岩层的垮落、破断对工作面支架支护阻力的影响，进而通过对模拟支架工作阻力的统计分析，确定合理支护强度或合理支架工作阻力，为工作面综采

7、支架选择提供依据。2．1实验设计及铺设根据羊场湾煤矿2’煤层的赋存特点，将实验合理几何比例确定为l：200，选用了一个5m平面模型架来完成。根据理论计算，初步拟定原型工作面液压支架额定工作阻力11000kN，支架初撑力7600kN，支护中心距1750姗，顶梁长度4075mm，则初撑力时支护强度为1065．7kN／m2，额定工作阻力时支护强度为1542．8kN／m2。对于几何比例为l：200的模型支架，支护强度应该为0．342N／cm2，额定工作阻力支护强度为o．494N／cm2[5]。实验时通过调整支架高度，使支架保持与原

8、型相似的力学特性。原型与模型支架支护强度对照见表2。采用SOKⅪAset2全站仪观测平面模型上测点的坐标。通过对2次观测到的坐标来计算出测点的矢量位移。对在模型开采过程中的现象和数据及时进行照相、素描、量测和记录；因原型工作面循环进尺0．8m，则模型循环进尺应为2．4cm，采高6．2m。模拟中各工序具体