厚松散層綜采工作面支架工作阻力的確定

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1、2012年第4期煤炭科技No．42012COALSCIENCE&TECHNOLOGYMAGAZINE29文章編號(hào)：1008—3731(2012)04—0029—03陋厚松散層綜采工作面支架工作阻力的確定周紹廷(同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西朔州036000)摘要：厚松散層移動(dòng)特點(diǎn)為靜壓大、動(dòng)壓小，地表移動(dòng)破壞特征為移動(dòng)快、變形大。從理論分析的角度解釋了出現(xiàn)該情況的原因，并在此基礎(chǔ)上，依據(jù)普氏壓力拱理論，計(jì)算出砂巖垮落步距與成拱跨度相耦合時(shí)的支架工作阻力。關(guān)鍵詞：厚松散層；普氏拱；垮落；支架工作阻力中圖分類號(hào)：TD

2、355．4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B采場(chǎng)覆巖一般屬于沉積巖層，頂板由一層或數(shù)鄰不動(dòng)松散層間的原來(lái)位置。松散層中的這種相對(duì)層組成，其厚薄、強(qiáng)度不一，開(kāi)采引起的巖層運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)受到移動(dòng)松散層與不動(dòng)松散層接觸處的抗剪強(qiáng)逐層向上發(fā)展的。而厚松散頂板不具有分層性，頂板度的阻抗。因?yàn)榭辜魪?qiáng)度有趨向保持移動(dòng)松散層的松散軟、強(qiáng)度低，黏結(jié)力低，屬于松散連續(xù)介質(zhì)。開(kāi)采原來(lái)位置，故它使支撐移動(dòng)部分上的壓力減少，而使過(guò)程中，松散載荷層隨基巖層移動(dòng)、垮落至地表，易相鄰的支撐不動(dòng)部分上的壓力增加。這種從移動(dòng)松發(fā)生壓架、潰沙事故，嚴(yán)重危及煤礦安全生產(chǎn)。散層把壓力

3、傳遞給相鄰不動(dòng)部分的傳遞作用通常叫本文將從理論角度分析厚松散層綜采面的覆巖做成拱效應(yīng)。運(yùn)動(dòng)機(jī)理，并利用普氏壓力拱推導(dǎo)上覆松散層載荷松散層的成拱效應(yīng)使得作用于拱后或拱上的壓及支架工作阻力的計(jì)算公式，確定支架工作阻力。力傳遞到拱腳及周圍穩(wěn)定巖土中去。在松散層中開(kāi)挖，開(kāi)挖面周圍地層就會(huì)產(chǎn)生變形或錯(cuò)動(dòng)，因而產(chǎn)生1松散層運(yùn)動(dòng)機(jī)理的研究應(yīng)力釋放現(xiàn)象。從外觀上看，開(kāi)挖完畢開(kāi)挖面頂部出1．1初步分析現(xiàn)坍落現(xiàn)象，最后形成一穩(wěn)定的臨空面，開(kāi)挖面頂部如表1所列，煤層厚度為5m，開(kāi)采后巖層移動(dòng)好像形成一個(gè)結(jié)構(gòu)拱一樣。的影響范圍為4～8倍采高，

4、即約為2O～40m，砂如圖1所示，當(dāng)煤層開(kāi)采后，隨著工作面的推巖、泥巖肯定會(huì)進(jìn)入垮落帶，而砂層、風(fēng)化層、風(fēng)積沙進(jìn)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，砂巖開(kāi)始垮落，如果可能以載荷的形式作用于砂巖，也可能以成拱的形步距很長(zhǎng)，則厚松散層形成拱的概率是很小的，因?yàn)槭阶匀环€(wěn)定。要確定厚松散層條件下支架的工作阻當(dāng)砂巖步距超過(guò)厚松散層壓力拱跨度時(shí)，壓力拱會(huì)力，必須研究上覆厚松散層的移動(dòng)特征?？迓洌瑫?huì)以載荷的形式作用于砂巖；而如果砂巖的步表1賦存巖層情況及其普氏系數(shù)距較小時(shí)，當(dāng)其步距小于厚松散層壓力拱跨度時(shí)，砂巖會(huì)先垮，而后形成壓力拱，說(shuō)明此時(shí)

5、砂巖的周期垮落與壓力拱同時(shí)存在，但主要是壓力拱在起決定性的作用；而當(dāng)砂巖的步距為中等時(shí)(其步距等于厚松散層壓力拱跨度)，砂巖會(huì)先垮，但在其垮落的同時(shí)，也形成壓力拱，由于壓力拱的存在，使得厚松散層不都是以載荷的形式作用于砂巖層，而是部分成拱，只1．2松散層的成拱效應(yīng)有成拱部分以下的松散層以載荷的形式作用于砂巖如果松散層的一部分移動(dòng)，而其余部分保持不時(shí)，載荷才與成拱并存，壓力拱與砂巖的周期來(lái)壓共動(dòng)，靠近移動(dòng)部分的松散層則向外運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)其與相同起決定性的作用。煤炭科技2012年第4期松散層則拋物線ABC的面積為S=8／3×b

6、／2f(4)松散層載荷為F=(5)壓力拱高度為圖1厚松散層開(kāi)采巖層運(yùn)動(dòng)示意1．3上覆松散層載荷的確定日：哩(6)關(guān)于開(kāi)挖面成拱問(wèn)題，有許多學(xué)者提出過(guò)各自由于值一般取20。，因此只有在埋深大于的理論。其中影響最大的是1908年M·M·普羅托奇時(shí)，才有可能形成壓力拱，應(yīng)用普氏理論揚(yáng)科諾夫提出的普氏壓力拱。下面利用普氏壓力拱推導(dǎo)超薄基巖條件下厚松才比較可靠。該條件下松散層厚度為45～55m，遠(yuǎn)散層的載荷。大于壓力拱需要的高度，因此可以應(yīng)用普氏卸荷拱取周期來(lái)壓時(shí)巖層運(yùn)動(dòng)作為研究對(duì)象，支架處法。于最危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)是工作面推進(jìn)至切壁，

7、支架需要承具體到該巖層結(jié)構(gòu)，實(shí)測(cè)的砂巖破斷步距為6m，擔(dān)的松散層重量達(dá)到最大值，即周期來(lái)壓步距內(nèi)的小于成拱的跨度，亦即砂巖先垮落，而后厚松散層成松散層重量，此時(shí)其力學(xué)計(jì)算模型如圖2所示。拱。2支架工作阻力及來(lái)壓特點(diǎn)2．1支架工作阻力的確定松散層結(jié)構(gòu)松軟，抗變形能力低，抗剪切強(qiáng)度低，和基巖相比屬于軟弱層，基巖可以認(rèn)為是松散層沉陷的控制層。因?yàn)闆](méi)有可以形成結(jié)構(gòu)的巖層，因此圖2普氏壓力拱力學(xué)計(jì)算模型支架工作阻力應(yīng)由兩部分構(gòu)成，即垮落帶重量與松當(dāng)垮落帶穩(wěn)定后，上覆厚松散層由于自身重力散層載荷。而冒落，冒落到一定程度后就形成了自

8、然平衡拱，圖垮落帶重量包括進(jìn)入垮落帶的基本頂重量，亦中弧DEF為內(nèi)拱，同時(shí)上覆松散層也將向采空區(qū)方即砂巖的重量。向產(chǎn)生滑動(dòng)，其滑動(dòng)破壞面與鉛垂線方向的夾角為基本頂重量為0=45—／2，此時(shí)，冒落拱將繼續(xù)擴(kuò)大到拱跨度為P2=L正。=1．5×6×24×13=2808(kN)2b的新自然平衡拱，見(jiàn)圖中弧ABC，為外拱。式中-支架控頂距，