工程技术 试论如何确定厚硬顶板综采工作面支架合理工作阻力 胡世平 （华润天能（徐州）煤电有限公司大刘煤矿） 摘要：根据某矿１１ １ ７（１）工作面的顶板岩性与矿压观测实际结果，应用 两种综采工作面支架合理工作阻力的确定方法：矿山压力基础理论的。砌体 梁结构力学 模型；实测统计法。确定了合理的支架工作阻力参数。 关键词：综采工作面厚硬顶板支架工作阻力矿山压力 ０引言 日厂基本顶厚度； ￡。－一基本顶周期来压步距； 卜控顶宽度。 通过计算得Ｃ／Ｄ，为０．７８， 。为５７．６，基本顶厚度 为 侣．５ｍ，基本顶周期来压步距￡。为３２ｍ，控顶宽度ｆ｜为５．９ｍ，带入 上式得沿米支护阻力度为：Ｒ ＝ＹＨ２Ｌ ｃ ／Ｄｙ＋ｒＥ。 ＝１０８５１．３＋ ３３９．８＝１ １ １ ９１．２ＫＮ＞８８００ＫＮ 由于厚硬顶板悬露面积大、突然断裂垮落产生冲击气流，发生 推垮型事故，支架工作阻力急剧增大、支柱压穿、柱腔压裂、支架变 形等问题。为了保证工作面正常回采，液压支架合理工作阻力的确 由此理论分析的计算结果分析，工作面采用的ＺＹ８８０ｏ／１ ８／３８ 定是首先必须解决的问题。支架阻力的确定是能否实现安全生产的 关键。笔者结合某矿１１ １７（１）工作面的具体地质条件来确定支架的 合理工作阻力。 １工作面概况 １．１工作面的地质构造特征１１１７（１）工作面由一宽缓的背 斜和向斜组成，其轴部近似东西方向，根据掘进资料，工作面小断 层和层滑特别发育，整个工作面掘进过程中共揭露正断层３４条， 逆断层３条，这些小断层不仅破坏煤层的连续性，而且使工作面 出现煤层变薄区。工作面走向长２６１３ｍ，倾斜长２４０ｍ。煤层倾角 ３ｏ １Ｏｏ，平均５。，煤层赋存总体比较稳定，煤厚Ｏ．３～３．４ｍ， 平均２．４７ｍ，受构造影响地段，煤层厚度变化较大。地面标高为 ＋２３．１ｍ ＋２４．０３ｍ，工作面标高为一８０１．９ｍ—一６８６．０２ｍｏ井下 位于北一采区中部，北为Ｆ８７采区边界断层，南到工业广场保护 煤柱。 １．２顶底板岩层特征伪顶为黑色较破碎泥岩，一般厚度为 Ｏ．３ｍ；直接顶为灰色粗粉砂岩，一般厚度为３．２ｍ；老顶为灰色中砂 岩，厚层状，细中粒结构，钙质胶结，层面含暗色矿物，具平行层理和 交错层理，厚度为１８．５６ｍ；直接底为灰色泥岩，泥质胶结，含植物化 石，夹１—２层薄煤层ｉ厚度１２．１１ｍ。 １．３支架类型１ １１７（１）工作面液压支架选用郑州煤机厂的 ＺＹ８８００／１８／３８型两柱式掩护式支架．支架支撑高度１．８—３．８ｍ，额 定初撑力和额定工作阻力分别６４４３ＫＮ／架和８８００ＫＮ／架，中心距 为１．７５ｍ，控顶距为５．０３ｍ一５．９０２ｍ，共１４０架 为其中工作面 １３６架，端头６架。 ２矿压显现 经对采面矿压观测数据进行整理和分析，得之其矿压显现规律 如下： ２．１顶板类型及运动规律直接顶初次垮落步距为１８ｍ，属２ｂ 类中等稳定顶板：老顶属于来压明显级，其初次和周期来压步距分 别为３２ｍ和１５ｍｏ ２．２顶板压力显现液压支架的平均初撑力位于２２５５— ２４９３ｋＮ／架之间，达到设计初撑力６４４３ｋＮ／架的３５％一３８．７％，平 均达到额定初撑力的３６．３％，最大初撑力平均为额定初撑力的 ８２．９％：实测支架的最大工作阻力和循环平均阻力分别为９１８０ＫＮ／ 架和６７８３ＫＮ／架，相当于额定工作阻力的１Ｏ４．３％和７７．１％。 ３ １１１７（１１工作面支架合理工作阻力的确定 ３．１理论分析法确定支架合理工作阻力液压支架必需的支撑 能力应根据直接顶和基本顶的力学特性和运动特点确定，由于本工 作面顶板为坚硬难垮落顶板，顶板运动有其自身特点：当工作面推 进到一定的距离后，顶板在控顶区上方突然断裂，并向采空区回转， 然后与已垮落在采空区的岩块挤压，形成半拱式平衡。在此条件下， 必须的沿米支护阻力由下式决定：Ｒ ＝ ：Ｌ Ｃｙ／Ｂｙ＋ 式中 Ｃ ．．—－传力系数； 。——直接顶岩重； 型两柱式掩护式支架的设计工作阻力欠缺，应按１１１１９１．２ＫＮ／架设 计制造。 ３．２矿压实测数据确定支架合理工作阻力 按照观测支架循环末阻力均值加上１倍的均方差，计算１１ １７ （１）工作面合理工作阻力，更有决策参考价值。观测的支架循环末阻 力平均值为Ｐｍ＝２８．７６ＭＰａ；均方差为ａ＝６．０８ＭＰａ，则合理的支架 额定支护载荷为：Ｐ＝Ｐｍ十ｏ＝３４．８４ＭＰａ 现在使用ＺＹ８８Ｏ０／１８／３８型支架的额定立柱压强为３４ＭＰａ，其 对应工作阻力为８９００ＫＮ，如果按照线性增加的原则考虑，则１１ １７ （１）工作面的实际需要的额定工作阻力应为： Ｐ：—３４．８３—×８８００：９０１４．８ＭＰａ ３４ 由此，对该矿１１１７（１）工作面的条件，使用工作阻力８８００ＫＮ的 液压支架，设计的工作阻力欠缺，不适应工作面要求。 ３．３支护强度的确定在＜缓倾斜煤层顶板分类方案＞中，支架 支护强度的计算公式为： ＝７２＿３Ｊｌ ５１ｐ＋７８．９Ｂｏ一１０．２４Ｎ－６２．１ 式中： 为额定支护强度，ＫＰａ；ｈ 为工作面煤层采高，ｍｉ厶为 老顶周压步距，ｍ； 为控顶距离，ｍ：Ｊ７、ｒ为直接项厚度与采高之比。 在该矿１１ １７（１）工作面，ｈ 采高为２ ４７ｍ，Ｌ来压步距为３２ ｍ，支架控顶距离 为５．９０２ｍ，直接顶厚度与采高之比为１．２８；将 这些参数带入上式，得到１１ １７（１）工作面的额定支护强度为：Ｐｘ＝７２． ３ ＋４．５￣＋７８．９Ｂ，一１０．２４Ｎ－６２．１＝７２．３ Ｘ ２ ４７＋４ ５×３２＋７８．９ Ｘ ５．９０２－１ ０．２４×１．２８－６２．１＝７１ ３．０４ｋＰａ 已知支护强度，则必需的支架额定阻力为： 式中： 为液压支架中心距，ｍ； 为液压支架支撑效率；一般 选取范围为：支掩式掩护支架，Ｏ．６５—０．７５。 该矿１ １１７（１）工作面，液压支架中心距 为１．７５ｍ， 取Ｏ．７５， 液压支架的额定阻力为 ＝Ｐｕ＆ＳｏＩＫ￣７１３×５．９０２ Ｘ １．７５÷ ０．７５＝９８１ ５ＫＮ＞８８ＯＯＫＮ 由此计算结果评价，工作面采用的ＺＹ８８００门８／３８型两柱式掩 护式支架的设计工作阻力也欠缺，应按９８１５ＫＮ／架设计制造。 ４结论 通过理论分析和现场实测数据的对比分析，可见理论分析值稍 大 现场实测统计分析比较可靠，对顾桥矿１１ １７（Ｉ）厚硬顶板综采工 作面的工作阻力，合理的参数范围为９０１５—１１１９１ＫＮ／架，起码要求 大于９ｏ１ ５ＫＮ／架才符合要求，可见本工作面采用的ＺＹ８８００／１ ８／３８ 型两柱式掩护式支架不适合工作面工作阻力要求。但是要保证液压 支架有足够的初撑力，改善支架的受力状态，才能更好的发挥支架性 能来控制顶板。 参考文献： 【１】赵宏珠．液压支架工作阻力［ＭＩ，徐州：中国矿业大学出版社，１９８８． 【２】钱呜高，石平五．矿山压力与控制【Ｍ】，中国矿业大学出版社，２００３． 【３】液压支架与围岩力学相互作用及支架选型研究ＩＪｌ，煤炭科学技术， １９９９． １８５