薄煤层综采支架与顶板的作用关系.docVIP

薄煤层综采支架与顶板的作用关系 门生谦 摘 要 通过薄煤层综采工作面矿压观测研究, 运用传递岩梁理论, 分析了支架与顶板作用机理, 顶板活动与支架受载关系以及支架支护效果。 关键词 薄煤层综采; 矿压显现; 支架顶板关系; 支架受载 １ 前言 　　薄煤层开采是老矿挖潜堵漏、提高资源回收率的一个重要方向。我矿曾在8＃层成功地首采了薄煤层综采面， 创造了最高日产2554t, 最高月产40198t, 效率达28.429t/ 工的好成绩。为了摸清工作面矿压显现规律及支架与围岩的适应性, 特对该面进行了矿压观测和研究, 本文主要介绍观测取得的研究成果, 供参考。 ２ 工作面地质与生产条件 　　观测工作面为同煤集团同家梁矿8#层408盘区8805工作面。 煤层埋藏深度平均242m, 为单一煤层, 煤厚0.9～1.4m, 平均1.3m, 倾角3°～4°。工作面围岩状况见图１所示。 图１ 8#层煤层综合柱状图 地质时代 层 位 层 厚 柱 状 岩 性 岩性描述 最小―最大/平均 中侏罗统大同组（J2d） 基本顶 4 0-16.5/6.1 粉细砂岩 层理较发育胶结坚硬 直接顶 3 0-1.5/0.3 煤 2 6.9-16.0/9.2 细砂岩 结构松散 1 0.3-4.5/2.1 粉砂岩 坚硬致密 8#层煤 0.9-1.4/1.3 煤 直接底 2-4.2/3.0 粉砂岩 采煤方法为综采单一走向长壁全部冒落法,采高1.3m,循环进度0.8m。工作面走向长924m,倾向长128m。使用ZYB4400—8.5/18型双柱双伸缩掩护式支架支护顶板(共86架)。最大控顶距4.9m, 最小控顶距4.1m。 ３ 顶板冒落及来压规律 ３.１ 直接顶初次冒落 工作面推进到8m(采空面积128×8=1024m2)时, 直接顶开始塌落,高度0.7～1.2m, 范围5#～57#架, 古塘顶板呈倒漏斗状。之后冒落范围逐渐向尾部扩展，冒落高度也逐渐增大到2～4m, 2日后古塘全部塌严。 初次冒落期间工作面顶板平整, 累计顶板最大下沉量42mm, 未发现安全阀溢流现象。 ３.２ 老顶初次来压 　　3月15～16日推进到距切眼45.6m, 采空面积达5836.8m2时出现初次来压, 压力明显上升, 增阻幅度达到12～22MPa, 来压强度为1.9, 增阻速度平均443KN/h 此期间中部顶板出现裂隙, 最大下沉量58mm, 无台阶下沉现象, 活柱下缩量为56mm。 ３.３ 周期来压 　　工作面初次来压后, 随着工作面的推进支架载荷存在明显的周期性变化,如果把平均值(18.5MPa)加一倍均方差(S=7.5MPa)视为周期来压显现, 则周期来压变化在8～12m之间, 平均10m, 来压强度平均1.79。 顶板破碎度最大2%,最小0%;片帮深度最大400mm,最小50mm; 顶板累计下沉量最大50mm,最小3mm,平均8.2mm。工作面来压强度( 来压时与来压前支护阻力比值)较高, 说明采场矿压动载较大, 但是矿压显现却不明显 , 有时不用仪器观测单靠人的感觉与平时矿压显现难以分辨。 支架循环末阻力平均值为2278KN, 来压显现时平均值为3201KN, 以最大控顶计算支架支护面积为4.9×1.5=7.35m2, 则支架平均支护强度为309.9KN/m2, 来压显现时平均支护强度为435.5KN/m2。 ４ 古塘顶板移动特征及支架与顶板的作用关系 ４.１ 顶板移动特征描述 ４.１.１ 冒落带、裂缝带的形成 薄煤层开采因采高较小，采空区残留高度小，其上覆岩层的结构和矿压显现规律与厚及中厚煤层综采相比有着本质上的不同。采场上覆岩层的结构可划分为两个部分。一部分是自身破断后毫无自承能力的直接顶岩层，其特点是随工作面的推进而垮落，进而形成冒落带；另一部分是发生破断后，形成承载结构，但不足以承担自身全部载荷的特殊“半承载结构”的老顶岩层，其结构形式为“砌体梁”或“三铰拱”结构。因此根据上述顶板移动的理论分析和矿压观测数据分析, 古塘内顶板的移动特征如图2所示。 图2 古塘内顶板的移动特征 可将整个上覆岩层分为冒落带、裂缝带。即直接位于煤层之上的第1、2、3岩层(图 1中之粉砂岩、细砂岩,0.3米厚的煤线)进入采空区后, 由于岩层强度不足以支持其自重应力而破裂成岩块散乱地堆积在底板上, 形成冒落带, 如图2中(Ⅰ)。 冒落带上部岩层为裂缝带, 随着冒落岩石垮落和逐渐压实, 位于其上的岩层出现弯曲下沉, 在拉力及离层作用下岩层断裂为排列整齐的岩块, 如图2中(Ⅱ)。 ４.１.２ 直接顶、老顶划分 由于冒落带岩层在推进方向上不能保持传递力的