18層煤回采工作面頂板控制分析論文

18層煤回采工作面頂板控制分析論文

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1、18層煤回采工作面頂板控制分析論文論文關(guān)鍵詞:開采條件支護強度承載能力壓力分析論文摘要:18煤老頂初次來壓步距25—30米,周期來壓步距平均為13米。淺孔強制放頂?shù)难凵顟?yīng)不小于直接頂厚度的1/2,眼距不大于2米。1.0地質(zhì)開采條件18層煤直接頂為細砂巖,垮落性能較好,因此本工作面頂板采用全部垮落法,最大控頂距為4.8m,最小控頂距為4.0m,工作面支護為四、五排管理.freel,平均10米。老頂初次來壓步距25—30米之間,平均27米,周期來壓步距在11~16米之間,平均為13米。2.0工作面頂板壓力的顯現(xiàn)分析2.1支撐壓力原理對煤炭開采中在工作面周圍形成的附加壓

2、力,已提出的礦壓理論有拱理論,塑性移動盆理論,預(yù)成裂隙理論,板理論和自然平衡拱理論等。諸多理論的出發(fā)點均采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的原理與方法,將煤層上覆巖層簡化為一定結(jié)構(gòu)的礦壓模型,用結(jié)構(gòu)力學(xué)理論分析結(jié)構(gòu)及運動條件,由此確定其控制原理和方法。當開切眼掘出后,煤體的原始平衡應(yīng)力被破壞,引起應(yīng)力重新分布,如圖1所示。這時在開切眼上部形成了自然平衡“壓力拱”。開切眼上部巖體重量Q由兩幫煤壁平均分擔,因此,在開切眼兩幫煤體中,產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象,這種應(yīng)力稱為支撐應(yīng)力,它的大小為原始應(yīng)力γH的1,25~2,5倍,最大值可為原始應(yīng)力的2~4倍或更大。根據(jù)Haack和Spruth的拱理論,

3、開切眼處于減壓狀態(tài)。隨著工作面推進,開切眼逐漸擴大,“壓力拱”被破壞而消失,在工作面前方的煤體中同樣產(chǎn)生支撐壓力帶,超前附加應(yīng)力主要取決于回采空間,超前附加壓力是覆巖壓力的2~6倍,其范圍理論上一般認為自工作面煤壁起直至10~15米。在我礦經(jīng)采面觀測,18層煤此段增壓區(qū)在12~13米之間,此段頂板移近量在100~150mm之間。所以在開采18煤的作業(yè)規(guī)程明確規(guī)定了順槽的超前支架距離為20米。在工作面后方,當采空區(qū)充填物壓實到一定程度后,也產(chǎn)生一個滯后的支撐壓力帶,前后兩個支撐壓力帶隨工作面的推進而向前移動。(圖2)預(yù)成裂隙理論和自然平衡拱理論與此論述基本一致。3.

4、0合理支護強度的選擇3.1支護強度即指控頂區(qū)內(nèi)對平均每單位頂板面積的支護阻力。這一指標對不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板具有十分重要的意義。對堅硬和穩(wěn)定頂板尚需考慮工作面每延米阻力。該值反映支撐力矩的大小。支護強度的合理選擇應(yīng)使頂板下沉(包括老頂來壓時的頂板下沉)控制在有限范圍內(nèi),使得工作面頂板狀況保持良好。合理的支護強度應(yīng)以使支架一圍巖處于相對平衡狀態(tài)必需的最低阻力,即臨界支護強度為依據(jù)。3.2工作面支護:采用單體支柱配絞接頂梁的方式,一梁一柱走向棚布置,2/6正懸臂支護頂板。根據(jù)本礦采煤工作面頂板管理經(jīng)驗,18煤工作面切頂排支護采用密集支護,密集柱打在切頂排兩個規(guī)格柱之間

5、,起支護頂板及擋矸作用。工作面運輸機機頭、機尾處采用四對八根π鋼支護,π鋼長3.2m,二梁五柱交替向前邁步。超前的π鋼尾接鉸接梁,梁下打一柱,與滯后的π鋼尾一齊。3.3按直接頂?shù)?次垮落計算必要的支柱承載能力:P1=γz*hz*Lz/2Lk式中γz——直接頂容重,取γz=25kN/m3;hz——直接頂厚度,取hz=2.1m;Lz——直接頂初次垮落步距,根據(jù)實測取10m;Lk——工作面控頂距,按最大時取4.8mP1=γz*hz*Lz/2Lk=25×2.1×10/2×4,8=54.68KPa3.4按基本頂來壓計算必要的支柱承載能力初次來壓時Ptc=q+γe*Le*C0

6、/4Lk周期來壓時Ptz=q+γe*Le*C/2Lk式中q—冒落直接頂作用力,q=γz*hzcos13=25×2.1×0.974=51.15KPaγe——斷裂基本頂容重,取γe=25kN/m3;Le——斷裂基本頂厚度,Le=4.68米C0——基本頂初次來壓步距,實測57米。C——基本頂周期來壓步距,實測13米。Ptc=q+γe*Le*C0/4Lk=51.15+25×4.68×27/4×4.8=223.99KPaPtz=q+γe*Le*C/2Lk=51.15+25×4.68×13/2×4.8=209.6KPa綜合計算結(jié)果,工作面合理承載能力為,223.99KPa單體

7、支護密度確定選用單體支柱的額定工作阻力為250KN,取單體支柱的額定工作阻力利用系數(shù)0.8,根據(jù)公式n=P/ηrT式中:P—現(xiàn)工作面支護強度KPaη—支柱額定工作阻力實際利用系數(shù)rT—支柱額定工作阻力KN/根n=P/ηrT=223.99/0.8×250=1.11996根/m23.5實際作業(yè)規(guī)程使用估算法進行的工作面支架選擇計算3.51頂板壓力計算根據(jù)公式:P=9.81h×m×r/(kp-1)=9.81×2×2.0×2.5/(1.3-1)=326.673KN/m2式中:P—單位面積頂板壓力,KN/m2h—f增值系數(shù)(取2)m—采高(取2.0m)γ—巖石容重(取2.5

8、t/m3)

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