特厚煤層強(qiáng)礦壓工作面綜采支架及超前液壓支架研究與應(yīng)用

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1、特厚煤層強(qiáng)礦壓工作面綜采支架及超前液壓支架研究與應(yīng)用0前言華亭煤礦目前開(kāi)采煤5層，該煤層標(biāo)高+860.7m～+1023.9m，地表標(biāo)高+1557m～+1580m，開(kāi)采深度719.3m。煤層平均厚度36.9m。煤層層理明顯，裂隙較發(fā)育，傾角5～8o。250101工作面配備的是ZF7500/18/35型低位放頂煤支架，實(shí)踐證明在開(kāi)采過(guò)程中該型號(hào)支架立柱損壞，支架壓死，造成工作面移架和推拉溜困難、支架安全閥大量失爆、工作面推進(jìn)速度慢，支架維護(hù)費(fèi)用高以及兩順槽超前支護(hù)段壓力大，區(qū)域作業(yè)危險(xiǎn)性高，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)了一定的困難。為

2、解決這些困難，公司與天地科技股份有限公司合作，從開(kāi)采方法、礦山壓力及支架的參數(shù)等方面進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)，最終確定出合理的分層厚度、最佳開(kāi)采方法、設(shè)計(jì)制造出參數(shù)合理的工作面液壓支架及兩順槽超前液壓支架，從根本上解決了以上出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題。1沖擊傾向性測(cè)定及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(1)煤、巖樣的物理力學(xué)性質(zhì)煤、巖樣的物理性質(zhì)。測(cè)試煤5中層煤及頂、底板試樣的視密度、真密度、含水率和自然吸水率。煤、巖樣的力學(xué)性質(zhì)。測(cè)試煤5中層煤及頂、底板試樣的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、單軸抗拉強(qiáng)度、變角剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角及內(nèi)凝聚力。(2)沖擊傾向性鑒定煤5中層

3、煤的沖擊傾向性鑒定：測(cè)試煤5中層煤試樣的動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間、彈性能量指數(shù)和沖擊能量指數(shù)，依此判定該煤層的沖擊傾向性。(3)頂板巖層沖擊傾向性鑒定：測(cè)試并計(jì)算煤5頂板各個(gè)分層的彎曲能量指數(shù)，依此計(jì)算復(fù)合頂板彎曲能量指數(shù)，判定頂板的沖擊傾向性。2、特厚煤層不同分層開(kāi)采方案比較制定三個(gè)分層方案進(jìn)行比較：方案（一）為分兩層各層厚度為18m均采用放頂煤開(kāi)采；方案（二）為分三層開(kāi)采，各層厚度為12m，均采用放頂煤開(kāi)采；方案（三）為首先布置頂部4.0m大采高，后分兩層各16m進(jìn)行放頂煤開(kāi)采。3、特厚煤層綜放開(kāi)采合理布置方式的數(shù)值模擬研究6（1

4、）工作面垂直應(yīng)力（Szz）分析（2）工作面破壞區(qū)分析（3）工作面頂板位移分析4、特厚煤層分層綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究（1）首采工作面礦壓觀測(cè)研究（2）觀測(cè)站設(shè)置及觀測(cè)內(nèi)容（3）支架工作阻力觀測(cè)（4）煤柱應(yīng)力觀測(cè)（5）頂板位移觀測(cè)5、沖擊地壓條件下支架支護(hù)強(qiáng)度的確定（1）放頂煤支架工作阻力統(tǒng)計(jì)回歸公式（2）建立在支架工作阻力構(gòu)成分析基礎(chǔ)之上的頂板結(jié)構(gòu)分析估算法（3）特厚煤層綜放支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算方法6、超前支架適應(yīng)性研究（1）結(jié)合支架?chē)鷰r關(guān)系，設(shè)計(jì)適合的超前支架。（2）分析現(xiàn)有支護(hù)方式的適應(yīng)性，并在支架設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)。（3）超前

5、支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和三維動(dòng)態(tài)優(yōu)化分析。（4）超前支架主要參數(shù)確定；（5）超前支架控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。一、華亭煤礦煤5中層煤試樣沖擊傾向鑒定（1）華亭煤礦煤5中分層屬于3類(lèi)，為具有強(qiáng)沖擊傾向性的煤層；（2）華亭煤礦煤5頂板巖層屬于2類(lèi)，為具有弱沖擊傾向性的巖層；（3）考察該點(diǎn)到六個(gè)中心坐標(biāo)的距離，其距離5個(gè)中心坐標(biāo)的距離見(jiàn)表2-3。根據(jù)最小距離原則易知沖擊地壓危險(xiǎn)性等級(jí)為4級(jí)(較強(qiáng)沖擊危險(xiǎn))。表2-3華亭煤礦沖擊危險(xiǎn)等級(jí)確定表分級(jí)各危險(xiǎn)等級(jí)中心坐標(biāo)距中心坐標(biāo)距離1級(jí)V1(0.39，-0.28，-0.72，0.37)0.242級(jí)V

6、2(0.32，-0.36，-0.96，0.24)0.203級(jí)V3(0.24，-0.12，-0.83，0.22)0.254級(jí)V4(0.24，-0.21，-0.95，0.47)0.125級(jí)V5(0.14，-0.23，-0.85，0.32)0.156級(jí)V6(0.10，-0.35，-0.78，0.34)0.216（4）通過(guò)利用數(shù)量化理論建立的沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型在華亭煤礦的實(shí)際應(yīng)用，說(shuō)明該理論用于建立沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型是可行的，評(píng)價(jià)結(jié)果和實(shí)際情況基本吻合。（5）對(duì)沖擊地壓危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果表明華亭煤礦需要開(kāi)展相關(guān)預(yù)測(cè)防治工

7、作。二、特厚煤層不同分層開(kāi)采方案比較制定三個(gè)分層方案進(jìn)行比較：方案（一）為分兩層各層厚度為18m均采用放頂煤開(kāi)采；方案（二）為分三層開(kāi)采，各層厚度為12m，均采用放頂煤開(kāi)采；方案（三）為首先布置頂部4.0m大采高，后分兩層各16m進(jìn)行放頂煤開(kāi)采。三、特厚煤層綜放開(kāi)采合理布置方式的數(shù)值模擬研究1、工作面垂直應(yīng)力（Szz）分析通過(guò)對(duì)兩種方案的垂直應(yīng)力云圖（Szz）進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：(1)初采期間，兩種方案沿工作面面長(zhǎng)方向和推進(jìn)方向均存在應(yīng)力降低區(qū)、支承壓力區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)，并沿面長(zhǎng)方向出現(xiàn)兩個(gè)峰值區(qū)域；(2)兩種方案在開(kāi)切眼時(shí)均在工

8、作面煤壁上方出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中范圍大致相等；(3)隨著工作面的推進(jìn)，兩種方案均在工作面處出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)，應(yīng)力值約為2MPa，在工作面煤壁前方出現(xiàn)應(yīng)力集中，工作面超前支承應(yīng)力峰值距煤壁約為15~20米，第二種方案超前支承應(yīng)力的超前距離較第一種方案大，且應(yīng)力值較大，由于超前支承應(yīng)力峰值點(diǎn)為綜放開(kāi)采頂煤破