支架位态对于放顶煤及其顶板控制的影响研究.pdf

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1、56能源技术与管理2011年第2期doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2011．02．022又躲位态对亍放砜缫&共砜板拄制的彩响琦毙刘锋，刘长友，李西蒙，王晓，姬王鹏(中国矿业大学矿业学院，煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221008)[摘要]为了解鹤壁十矿1202工作面滑移支架顶梁仰角对放顶煤影响，支柱迎山角对于支架承载性能的影响以及支架位态对煤壁、顶板稳定性的影响，解决工作面滑移液压支架使用过程中损坏严重，顶煤放出率低，煤壁片帮，冒顶等问题，利用受力分析对工作面滑移支架位态

2、进行理论分析研究。[关键词]迎山角；支架位态；顶板稳定；放顶煤；片帮[中图分类号]TD355+．4[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2o11)020563失去承载能力，产生多组张开裂隙的松散煤体。三0概述种形式如图1所示。随着我国煤矿的发展，放顶煤开采被越来越多的使用。放顶煤开采过程中，顶煤的放出率、含矸率、顶板的稳定性控制、煤壁的片帮预防及治理等是放顶煤开采所要面临的主要问题。放顶煤开采技术带来高产高效的同时也使得采场管理成为一大问题。(a)弹性顶煤采场顶板稳定性主要由顶板自身岩体力学特征、煤

3、层埋藏深度及其支架的支护阻力决定。在地质条件一定的前提下，如何通过调整支架位态而最大可能的发挥支架的承载性能，是采场顶板管理简单而有效地方法。架1工作面地质生产条件(b)顶煤弹性区和塑性区分区1202中工作面，属于主采煤层二煤，煤层分布稳定，地质构造简单，煤层走向变化较大，煤层走向变化范围600～820m，煤层倾角24。～32。，平均倾角27。，煤层平均厚度1．86～7．45m，平均4．01m。二煤直接顶板一般为砂质泥岩，厚度为2．03～12．13m，平均厚度5．54m。老顶为中细粒砂岩及砂质泥岩，厚度为15

4、．37～22．39m，平均厚度(c)顶煤塑性区和松散区18．52m。图1顶煤力学属性的三种工况该采区工作面选用走向长壁炮采网下放顶煤2．1倾角的大小对于顶煤滑落效果的影响采煤法回采，采用滑移式简体支架。在鹤壁十矿由于在工作面提前注水，已经破坏了煤体的完整性，同时采动对顶煤、顶板的完整2顶梁仰角对于放顶煤效果的影响性的影响，使得控顶区顶煤工况为第三种，即分为控顶区顶煤工况一般为三种[1l：部分弱化或两个区域：塑性区和松散区。损伤的弹性体；近煤壁区为已软化的或损伤的弹控顶区顶煤受力存在两个特点：性体，控顶区后部为

5、塑性区；近煤壁区为一般塑性(1)采动影响导致顶板下沉、回转[2]，使得控体，但仍有一定残余承载能力，靠近支架末端完全顶区顶煤中部受力最大，回转形式如图2所示。2011年第2期刘锋，等支架位态对于放顶煤及其顶板控制的影响研究57低、含矸率升高。2．2仰角大小对于顶煤破碎程度的影响支架位态在工作面中的空间关系如图5所示。图2直接顶岩层破断回转形式(2)支架梁对顶煤作用，由于顶煤塑性区和松散区并非完全孤立，而是随着靠近采空区远离煤壁塑性区向松散区的过度，控顶区顶煤越远离煤壁自我承载能力越弱，因此控顶区顶煤受力如a．

6、顶粱仰角、滑移支架支柱迎山角；日．顶梁前后端落差图3、4所示。图5支架位态在工作面中的空间关系由图5可知，滑移支架顶梁仰角的变化将导致日的变化，在机采高度一定的情况下，顶梁仰角的增大将导致控顶区上方自由活动空间的增大，其上顶煤及其上覆岩层下沉空间增大，有利于顶煤的破碎和下滑，从而相应的提高放煤效率，减少放煤时间。2．3支架顶梁仰角对于煤壁稳定性影响支架顶梁仰角的增大将导致控顶区顶煤破碎程度的增加，扩大了控顶区顶煤松散体区域，从而．顶板、支架顶梁对控顶区顶煤的应力；L、L2．控顶区顶煤塑性区、松散煤体区域沿顶梁

7、的长度；．顶梁仰角、滑移支架支柱迎使得受力煤体区域减小。这将导致顶梁的受力位山角置前移，煤壁处所受应力增大，煤壁易片帮。图3控顶区顶煤受力图2．4工作面支架的升降对于顶煤以及直接顶的反复破坏支架的反复升降对于顶煤及顶板的破坏是影响顶板稳定性的主要影响因素之一[引。支架的反复升降造成的顶板破坏有两种可能：一是反复支承造成的岩层疲劳损伤；二是支架支承阻力对于顶板的直接破坏。工作面利用ZH2000／16／24F分体顶梁组合悬移液压支架支护，支护阻力为2000kN，前后柱支F1．顶梁作用于控顶区顶煤的等效力；．顶板作

8、用于控顶区顶煤护面积为0．96mz。顶底板岩石力学参数如表1所的等效力；F、与的合力。图4控顶区顶煤等效受力图示，与表1对比可以看出，支架支承阻力大于煤的对顶煤受力分析如下：单轴力学参数实验结果，支架的支撑力能够破坏F=F2sina(1)煤体的完整性；同时支架平均支承阻力小于顶板由式(1)可知，滑移支架顶梁倾角越大，控顶岩石的单轴力学参数实验所得结果，支架支承阻区顶煤所受沿顶梁下滑的力越大，使得在放