综放采场支架与顶煤相互作用关系力学模型与“D”型支护质量管理模式

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  【摘要】现在煤矿生产中,对于综采、综放的管理办法很多,也各自取得了比较理想的效果,但煤矿地质条件的复杂性,给我们不断带来新的难题。
  【关键词】综采;综放;矿压;“D”型支架;采场机道;切顶线
  采面的安全,直接影响采面的生产,进一步影响矿井的生产效益。如何才能确保采面的安全,处理好采面顶煤与支架之间的关系,就是保证采面安全的其中一个方面。我们山西吕梁大沟煤矿的具体做法如下:
  一、概况
  该面所采5号煤层位于山西组下部,煤层厚度5.5~5.8m,平均5.65m,为全区稳定的可采煤层,煤层硬度f=2~3;煤层结构较简单,含l~2层夹矸,顶板多为砂质泥岩,底板大部为泥岩、砂质泥岩。
  该煤层倾角较小,倾角60~80,属近水平开采。5号主采煤层埋深为90m左右,属浅埋深煤层。浅埋深煤层根据地层结构的不同,对工作面来压影响也不同。
  工作面煤厚平均5.65m,采高2.4m,放煤高度3.25m,采放比为:1:1.35。
  1、工作面整体地质状况
  工作面位于河东煤田中段,区域构造位置处于吕梁山复背斜之次级构造王家会~王老婆山背斜西翼,受其影响井田范围总体呈一走向北北东,向北西西倾伏的单斜构造,地层大部平缓,倾角6—8°,井田内未发现其它构造现象,构造属简单。工作面内小型宽缓波状起伏比较发育,巷道低洼处易积水,对回采有一定影响。
  2、断层
  据工作面掘进揭露资料分析,该面未发现断层构造,局部顶底板有起伏变化,但整体煤层基本较稳定。
  工作面内不排除隐伏其它小断层的可能性,预计落差一般不会超过2m。
  3、其它因素对回采的影响
  工作面轨道巷侧为原1502采空区,在1503轨道巷掘进期间打探水眼时,里部800米左右巷道上帮初期涌水量较大,但通过排放,后期有少量涌水渗出,涌水挂红,判断为1502工作面老空积水,预计对工作面回采有一定影响。
  二、措施
  1、支架与顶煤相互作用关系力学模型
  1.1顶煤状态。支架上方的顶煤已发生破坏,顶煤位移始动点在煤壁前方支承压力区。顶煤在支架上方已成块裂体,在控顶区内已有明显的下沉回转现象。
  1.2顶煤受力分析。支架上方的顶煤受顶板的垂直作用力、倾斜方向上相邻顶煤体的限制作用、支架与顶煤间的摩擦力、顶板与顶煤间的摩擦力和煤壁前方顶煤压裂扩容产生的水平力。破坏的顶煤体在上述力的共同作用下保持相对平衡。
  1.3经力学分析发现:综放支架载荷主要由顶煤和直接顶松脱体压力决定。影响顶煤残余强度的因素主要是煤体强度、顶板对顶煤的作用力和支架对顶煤的作用力。
  1.4山西离石大沟煤矿的5#煤的硬度在2.5左右,属中硬煤层。直接顶为强度较高的中砂岩。在此情况下支架具有较高的初撑力可以使支架对顶煤的初始作用力、支架与顶煤间的摩擦力、顶板与顶煤间的摩擦力明显增大,这对降低顶煤的残余强度、提高支护刚度和支护强度、提高顶煤冒放性具有重要意义。
  2、“D”型支护质量管理模式
  2.1放顶煤支架初撑力要保证但不必过大,支架初撑力可保持在26—28Mpa,以使顶煤得到充分地下沉,有利于顶煤破坏的进一步发展;而较高的工作阻力则可提高支架后部顶煤的破碎程度,也可较好地解决顶煤架前完整和架后破碎的矛盾。
  2.2以抓好支架初撑力和工作阻力管理为中心,以移架和放頂煤现场操作为重点,重点抓好综采整层放顶煤采场机道、切顶线、上出口、下出口的现场管理,抓好矿压预测预报,及时将各种不安全隐患消灭在萌芽状态。
  三、效果
  采取以上措施后,我们取得了如下的结果。
  1、该项目对于解决综放采场支架选型、确定支架阻力、揭示综放采场矿压下线基本规律、实施综放采场标准化、程序化管理,提供了理论模型和理论依据。
  2、揭示了支架初撑力和支护系统刚度、支护系统强度的重要意义,据此提出并实施了综放采场现场管理“D”型支护质量管理模式,为工作面实现高产高效生产提供了坚实的理论基础。
  该规律对我们今后的安全生产管理提供了有力的理论保障。也为煤矿的安全生产,进一步提高经济效益,提供了可靠的理论依据。
  作者简介
  董砚国:男,山东人,高级工程师,大学文化,1965年出生,1988年毕业于山东矿业学院,矿山建筑系,矿井建设专业。毕业后一直从事煤矿管理工作。
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