补连塔煤矿12413综采工作面支架适应性研究

补连塔煤矿 12413 综采工作面支架适应性研究

刘建宇 1 卞涛 2

1 国家能源集团 神东煤炭集团公司应急管理办公室 陕西榆林 719315 2 国家能源集团 神东煤炭集团补连塔煤矿 内蒙古鄂尔多斯 017000

摘要：依据神东矿区补连塔煤矿12413综采工作面过支架适应性的实际情况，通过现场写实、理论分析和及现场实验相结合的研究方法，按实测支架载荷统计估算支架工作阻力、按垮落带覆岩不能形成稳定结构估算支架工作阻力，根据12413工作面的矿压观测结果，总结了12煤四盘区的支架额定工作阻力和12煤四盘区综采工作面应该选择的额定工作阻力支架。

关键词：支架载荷；工作阻力；支架适应性；垮落带

引言

补连塔煤矿12煤层四盘区综采工作面采高5.0m，12413综采工作面选用的支架为北煤ZY12000/25/50二柱掩护式液压支架，已回采12401-12412综采工作面选用的支架为郑煤ZY10800/25/50。下面结合12413综采工作面开采实践，主要从实测支架载荷、垮落带覆岩不能形成稳定结构估算支架工作阻力等方面进行支架适应性分析。

1、12413综采工作面支架合理工作阻力确定方法

综采支架载荷大小不仅与煤层采高有关，而且还与覆岩岩性与结构组合及其活动规律有关。尽管煤层采高相等，但如果覆岩岩性与结构组合不同，综采支架载荷大小也将不同。由于不同开采条件下覆岩岩性与结构组合及其活动规律的差异很大，并且对某些特定条件下的覆岩活动规律仍然没有完全掌握，现有的矿压理论和有关支架工作阻力确定方法，尚不能准确定量计算支架载荷和工作阻力大小，目前只能基于现有理论和实测进行估算。有时由于对特定条件下覆岩活动规律的误判和认识不清，往往会导致估算的支架工作阻力偏小或偏大。如神东矿区开发初期对厚松散风积沙薄基岩浅埋煤层覆岩活动规律的认识不足，导致支架工作阻力估算偏小，造成压架事故。

随着对厚松散风积沙薄基岩浅埋煤层覆岩活动规律的研究，逐步发现和认识到其覆岩整体破断特征及其机理，是由于此特定条件下覆岩关键层复合破断，形成了单一关键层的覆岩结构条件。

就神东矿区而言，覆岩结构与覆岩活动规律总体上可以划分为两种类型：

（1）单一关键层覆岩结构，覆岩呈整体破断特征。此时，工作面来压与地表下沉速度峰值是一一对应的。基岩和松散载荷层厚度是影响覆岩能否形成单一关键层结构的重要因素。厚松散风积沙薄基岩浅埋煤层易形成单一关键层的覆岩结构。

（2）多层关键层覆岩结构，覆岩呈多组破断特征。此时，工作面来压与地表下沉速度峰值是不对应的，地表下沉受最上部的关键层即主关键层的控制，而覆岩主关键层由于远离工作面对支架载荷的影响很小。

据神东实际观测发现，神东矿区部分工作面在不同盖山厚度条件下，支架载荷存在明显的差异，盖山厚度增大，支架工作阻力随之增大。出现这种情况的原因是覆岩形成了单一关键层结构。如果覆岩为多层关键层结构，则盖山厚度的变化并不会影响支架工作阻力大小。

通过补连塔煤矿12413工作面的矿压观测研究，发现12413工作面覆岩为多层关键层结构。影响工作面支架载荷大小的仅为下部一定高度的覆岩，主要为处于垮落带高度的覆岩。

2按实测支架载荷统计估算支架工作阻力

按矿压观测获得的支架循环末阻力进行支架工作阻力的估算方法如下：

P= +（1～2）σ（2-1）

式中，P，支架额定工作阻力，KN；

，实测的支架循环末阻力平均值，KN；

σ-，实测的支架循环末阻力均方差，KN。

按两种方式进行统计估算：

（1）按来压期间支架最大循环末阻力进行统计，即式（2-1）中 为来压期间支架最大循环末阻力的平均值，此时，取1倍的均方差，即支架工作阻力的估算方法如下：

P= +σ（2-2）

统计结果为： =49MPa，σ=4.1 MPa，故P=53.1MPa，相当于10779KN。

（2）按整个期间支架循环末阻力进行统计，即式（2-1）中 为来压期间和非来压期间支架循环末阻力的平均值，此时，取2倍的均方差，即支架工作阻力的估算方法如下：

P= +2σ（2-3）

统计结果为： =41MPa，σ=8.7 MPa，故P=58.4MPa，相当于11855KN。

由表1可见，按上述方法（1）统计估算的支架额定工作阻力10779KN。按上述方法（2）统计估算的支架额定工作阻力为11855KN。

上述统计段工作面的平均采高为4.3m，综合上述统计估算结果，在煤层采高为4.3m时，按全工作面实测支架载荷统计估算的支架工作阻力应为10779KN～11855KN。

3按垮落带覆岩不能形成稳定结构估算支架工作阻力

如按最危险状态考虑，垮落带覆岩不能形成稳定结构，其岩层重量全部由支架承担，则支架工作阻力的估算方法如下：

式中： ——每架支架工作阻力，KN/架；

——支架宽度，m/架；

——垮落带第i层岩层容重，KN/m3；

——垮落带第i层岩层厚度，m；

——垮落带第i层岩层悬顶长度，m；

——支架支护效率。

以12413面B274钻孔柱状（表2）进行支架工作阻力估算，

煤层采高按4.3m计，垮落带高度按3倍采高计，为12.9m。由B274钻孔柱状可见，垮落带高度达1-2煤顶板第2层岩层。根据12413工作面矿压观测结果，第1层、第2层顶板厚度为13.5m，悬顶长度即为顶板周期来压步距，平均为17m。支架宽度1.75m，岩层容重22KN/m3， 取0.9。将上述参数代入计算公式，计算结果为支架工作阻力为9818KN。

按按垮落带覆岩不能形成稳定结构估算支架工作阻力，按B274钻孔的顶板结构，12413综采面采高4.5m时的支架额定工作阻力估算结果为9818KN。

结束语

通过上述两种估算方法对支架额定工作阻力的估算结果表明，按垮落带覆岩不能形成稳定结构估算结果为9818KN。根据12413工作面的矿压观测结果，12煤四盘区的支架额定工作阻力应该达10800KN～11900KN。可见，12煤四盘区综采工作面应该选择额定工作阻力达12000KN的支架。

参考文献：

[1]段云刚，张向阳．锚梁网索支护技术在复合顶板回采巷道中的应用[J]．煤矿开采，2006，11(5)：45-47．

[2]高进，贺海涛．厚煤层综采一次采全高技术在神东矿区的应用[J]．煤炭学报，2010，35(11)：1888-1892．

第一作者简介：刘建宇（1987-），男，甘肃庆阳人，2010年7月毕业于黑龙江科技大学采矿工程专业，工程硕士，工程师，现任神东煤炭集团应急管理办公室主管，主要从事煤矿生产技术及矿山应急管理工作。