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1、文章編號:1003-5923(2000)02-0071-03綜放采場堅硬頂板控制實踐12魏錦平閻志義(1.山西理工大學(xué),山西太原030024;2.大同礦務(wù)局忻州窯礦,山西大同037000)摘要:用現(xiàn)場觀測、數(shù)值計算和理論分析的方法分析了硬煤條件下綜放采場堅硬頂板活動規(guī)律,研究了堅硬頂板的控制方法:采用步距式雙層扇形深孔預(yù)爆破弱化處理頂板不僅可以安全維護(hù)采場空間,而且有利于形成頂煤、頂板冒放結(jié)構(gòu),以提高頂煤回收率。關(guān)鍵詞綜放采場;堅硬頂板;控制;實踐+中圖分類號:TD327.23文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A致,
2、表明深孔預(yù)爆破可有效地切斷頂板;下位基點1工程背景較上位基點有明顯的垂直位移差,說明約4～5m大同礦務(wù)局忻州礦8911工作面煤層平均厚度厚的下位頂板整體性較強,與上位頂板間有大范圍7.06m,采深310～350m,機采高度3m,圖1為工的離層,可為頂板破裂提供自由面。[1]作面布置示意圖,采用四巷式布置,底層有兩條順對兩硬條件綜放礦壓的實驗研究表明,約槽,沿頂板在煤層中布置兩條中間巷為預(yù)爆破處理7m的下位老頂符合懸臂梁下沉規(guī)律,其運移、破頂板、頂煤的工藝巷,表1為工作面巖層力學(xué)參數(shù)。斷對采場礦壓
3、有直接和明顯的影響,而高7～16.5m間的老頂懸臂破斷多在采面后25m以外。2堅硬頂板控制的理論基礎(chǔ)2.2堅硬頂板控制的理論分析及數(shù)值模擬2.1堅硬頂板活動規(guī)律與普通綜采相比,綜放面由于采出厚度(M)成圖2為深基點實測不同層位頂板位移曲線,頂倍增加,在堅硬頂板條件下,直接頂(h)往往硬板有水平位移的點離工作面33、14、-7m時,其而薄(8911面直接頂最小厚度僅1m)。如hM,由于破斷巖塊間形[2]左右有一條
4、較明顯的裂縫,為頂板的深孔爆破所成擠壓,巖塊下沉仍不失去頂板的支承能力;此圖18911工作面布置圖表18911面巖層力學(xué)參數(shù)抗壓強度抗拉強度容重彈性模量名稱巖性泊松比內(nèi)摩擦角/MPa/MPakN/m3104Mpa老頂中粗砂巖122.511253.020.12931°直接頂粉砂巖108.711252.330.317.3°煤體11#、12#合并層38.5132.260.3735°基金項目:煤炭部九五科技攻關(guān)項目資助(97-01-02-03)礦山壓力與頂板管理2000.№2·71·Rc單軸抗壓強度;
5、內(nèi)摩擦角。為了作綜合比較,取工作面前方12m和后方8m范圍內(nèi)所有單元的破碎系數(shù)作加權(quán)平均,得頂煤破碎綜合指標(biāo)Y,即Y=ZiAi/Aii=1i=1式中Zi第i單元的破碎系數(shù);Ai第i單元的面積。五個方案的支承壓力峰值點均位于頂煤3m高處,表2為數(shù)值計算結(jié)果。圖2不同層位頂板位移曲線表2各方案破碎系數(shù)評價表外,影響巖塊間平衡的主要因素是破斷角,巖層移處理步距Z>0.8區(qū)破碎程度Y動所形成的裂隙帶以上巖層在其運動過程中有可/m的寬度/m綜合評價150.64276742.2高能形成結(jié)構(gòu),其關(guān)鍵條件是
6、巖層破斷角不能小于巖200.65988833.2最高[2]250.64067442.2次低塊間摩擦角的余角。大同礦區(qū)堅硬巖石的內(nèi)摩擦300.63670882.6最低[3]角一般在17.3°～35°,而據(jù)實測,堅硬頂板的破350.64078471.2低斷角一般為45°,堅硬老頂強度高,節(jié)理、裂隙不綜合評價,來壓步距20m時,頂煤破碎狀況最發(fā)育,整體性和自穩(wěn)能力強,再加上綜放采場采厚[2]好。由懸臂梁公式得下位老頂一次垮落厚h:增加,采空區(qū)所需充填空間成倍增大,導(dǎo)致殘留空2h=3L/Rt間大,破斷
7、巖梁回轉(zhuǎn)角大,不能形成橫向力的聯(lián)系,式中L懸臂梁長度,取最優(yōu)值20m;因此,未垮落老頂只能形成嵌固懸臂梁結(jié)構(gòu)。老頂3巖石容重,25kN/m;周期來壓符合懸臂巖梁模型,懸臂長短對來壓強度Rt巖石單軸抗拉強度,11MPa,弱化處有決定性作用;長懸臂破斷垮落,會給采場帶來沖理后乘以弱化系數(shù)0.7。得h=3.9m。擊性危害,造成機道漏頂甚至損壞支架,危害采場在8911工作面,老頂垮落以前采空區(qū)殘留空安全和正常生產(chǎn)。間高度h為:在綜放采場,采動壓力的壓裂作用使頂煤破碎h=(M+h)-[Md(1-K
8、)+h]Kp對放頂煤起重要作用,盡管這對堅硬煤層的壓裂作式中M煤厚,7.6m;用有限,但由于支承壓力作用過程中煤體內(nèi)部應(yīng)力h直接頂厚,最薄1m;分布不平衡,使煤體中原生的或人工松動產(chǎn)生的裂Md頂煤厚,4.06m;紋、裂隙擴展并發(fā)生位移。所以,頂板懸臂的長度K頂煤回收率,實測71%;應(yīng)從利用支承壓力壓裂頂煤、維護(hù)采場安全兩方面Kp煤巖碎脹系數(shù),實測1.3?？紤],同時,也關(guān)系到堅硬頂板控制的方法及其參計算得h=5.2m,由h<h表明3.9m厚下數(shù)設(shè)計、工程量,因此,有必要對老頂懸臂長度進(jìn)位老
