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1、第2期山西焦煤科技No.22008年2月ShanxiCokingCoalScience&TechnologyFeb.2008试验研究大断面巷道支护技术、大采高矿压活动规律研究刘向忠(山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿)摘要从工作面老顶的周期来压、支架阻力分布状况和合理支护阻力选择等方面对大断面巷道支护技术及大采高采场矿压显现规律进行分析,并对大采高工作面的动压显现现象进行了研究。关键词大断面;大采高;矿压显现规律;合理支护阻力;采动影响范围随着大采高智能化配套设备的引进,西山煤电集团公司屯兰矿实现了2#、3#煤合并开采,采高范围为4.2~4.5m。另外,该矿8#煤采高一般为3.5~
2、4.2m,断面大小都在20m2左右。随着采高的增加,断面的变大,原有的矿压显现规律以及经验数据已经不能有效指导综采工作面及两顺槽的支护设计。为重新确定较薄厚煤层矿压数据并了解其规律,需对综采工作面采场矿压做详细研究,以便合理选择工作面支架型号及顺槽支护形式,有效地控制顶板,保证综采工作面正常生产。屯兰矿选用大采高开采方法,配套采煤机为MG500/1110-GWD,液压支架为ZY8000/25/50液压支架94台、ZYT8000/20/42端头支架6台,大采高为4.5m。考虑瓦斯与通风治理,工作面煤巷采用两进一回的布置方式。该采煤方法在屯兰矿应用以来,充分显现其高产高效的优势,有
3、采出空间大、工作面推进速度快和开采强度大等特点。本文以12211工作面实测数据为主,结合工作面巷道动压显现特征,对大采高采场矿压显现规律进行初步研究。12211工作面老顶的初次来压步距为38m,周期来压现象较明显,来压步距为10~25m,动载系数为1.98~2.57。1大采高工作面液压支架工作阻力分布特征1.1支架支护阻力分布根据观测数据进行分析,得出以下结果:1)支架的平均初撑力为2148.5kN,远未达到额定的初撑力。造成这种情况的因素可能有三:a)泵站给定压力不足;b)工人升架时间偏短;c)支架管路漏液、串液。其中,泵站给定压力不足、支架管路发生漏液和串液的可能性小,因
4、此,工人升架操作时间短是造成初撑力偏低的主要原因。2)支架的平均末阻力为3907.4kN,分布密度最大的区间为3000~4000kN,占总分布频次的22.7%,最小的为8000~9000kN,仅占0.4%。12211工作面的快速推进,虽不可能摆脱矿山压力,但有减缓矿压显现的作用。3)支架的加权平均工作阻力分布。支架加权平均工作阻力为3027.9kN,最大分布区间为2000~3000kN之间,占分布总频次的24.5%,其次为4000~5000kN之间,占21.3%,最小分布区间为7000~8000kN,仅0.35%。1.2工作面方向支护阻力的分布据实测数据表明,沿工作面方向,支架
5、的支护阻力呈波浪变化趋势。工作面可分为4个支护阻力集中区,分别为1~20#支架,21~50#支架,51~70#支架,71~100#支架,中部支护阻力大于端头处,其不同支护区域平均支护阻力对比见表1。表112211工作面平均支护阻力分布表支架支护区域1~20#21~50#51~70#71~100#平均支护阻力kN25453464356627911.3支撑掩护式液压支架左右柱受力分析支撑掩护式液压支架左右两柱工作阻力的差值往往反映支架的支护效果与抗偏心受载的能力。由作者简介:刘向忠男1982年出生2006年毕业于中国矿业大学助理工程师古交0302062008年第2期刘向忠:大断面巷
6、道支护技术、大采高矿压活动规律研究3112211面支架左右柱支护阻力差值曲线(见图1)可知,18#、50#、89#和94#支架左右柱出现显著的受力不均现象,其差值最大达3422kN,这主要是由顶底板不平或出现台阶,致使支架处于偏心受载,这种现象对支架整体的支护性能与使用寿命是不利的。根据对大采高支架左右柱工作阻力差异实测数据,计算绝对偏差平均值。1N-A=X-X(1)NN=1式中:A!绝对偏差平均值;N!支架的数目,100;X!左右柱工作阻力差值;-X!左右柱工作阻力差值平均值。经计算,X=228.02kN,A=149.12kN,左右柱工作阻力偏差范围为0~377.14kN。实
7、践证明,在此范围内,可有效地发挥支架的整体支护性能。因此,顶底板的平直和支架的正确操作对整个采面的支护效果有重要的影响。图112211工作面左右柱支护阻力差值分布曲线2合理支护阻力分析2.1支架运转特性分析支撑掩护式支架在一个采煤循环内,随时间延续,支护阻力呈初撑、一次增阻、二次增阻和多次增阻几种类型。其中,一次增阻频率分布为73.4%,在该面各类型中比率最高,无降阻现象,表明该支架与围岩处于稳定状态,使用运转特性良好。2.2初撑力与末阻力的关系通过对12211工作面支护阻力数据分析,初撑力
