18層煤回采工作面頂板控制分析

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1、18層煤回采工作面頂板控制分析　　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，見五回一?！　”硪?8煤頂?shù)装鍘r性表頂?shù)装鍘r石類別厚度巖性頂板基本頂（老頂）沉積巖4.68中砂巖直接頂沉積巖2.1細砂巖偽頂沉積巖0.25泥巖底板沉積巖0.38細砂巖　　工作面采用走向長壁后退采煤

2、法，全部垮落法管理頂板。工作面沿走向推進的來壓規(guī)律，直接頂初次垮落步距為8~14之間m，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?！　?.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?！　‘旈_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

3、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，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

4、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。　　3.0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

5、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)?！　?.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，起支護頂板及擋矸作用?！　」ぷ髅孢\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

6、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=54.68KPa　　3.4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*C0/4Lk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=

7、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=223.9