綜放工作面加長對支護強度影響分析

劉俊峰

(天地科技股份有限公司開采設計事業部,北京 100013)

開采與設計

綜放工作面加長對支護強度影響分析

劉俊峰

(天地科技股份有限公司開采設計事業部,北京 100013)

以某綜放工作面為例,通過研究工作面加長與壓力顯現的關系,分析工作面不同長度所需支架工作阻力范圍,得出現有 ZF3300/17/28型放頂煤液壓支架可滿足綜放工作面由 140m增加到180m的結論。

工作面加長;支護強度;液壓支架;綜放工作面

近年來,隨著各地中小煤礦升級改造以及采掘接替等問題的提出,加長工作面成為提高工作面生產能力的選擇方式之一。工作面加長后,出現了礦山壓力顯現增強、工作面設備能力不足等問題,研究現有支架能夠適應的工作面長度成為一個迫切需要解決的難題。論文以山西某礦為例,分析工作面加長對支護強度的影響。

該礦現回采工作面長度 140m,采高 2.6m,放頂煤高度 3.6m,采放比 1.38,工作面巷道采用一進兩回“E”型布置。運輸巷 4m×2.8m,回風巷3.6m×2.8m,沿煤層底板布置。排瓦斯巷 3m× 2.2m,距離回風巷 12m內錯沿煤層頂板布置。工作面采用 ZF3300/17/28型放頂煤液壓支架。為了解決采掘接替緊張,勞動效率低等問題,需要增加工作面長度,同時為了節省投資,需要分析現有支架的工作阻力能夠適應的工作面最大長度。

1 工作面加長對礦山壓力的影響

通過對地質條件的分析可知,該礦工作面由140m增加到 180m,其對初次來壓的影響主要有:頂煤來壓步距基本不變,來壓強度增加,來壓范圍增加,一方面有利于頂煤的破碎與放出,另一方面造成工作面帶壓時間增加,支護管理困難;基本頂的破斷仍然為“X”型,在同樣的頂板條件下,初次來壓步距基本不變,來壓強度增加[1-2]。

工作面初次來壓后,基本頂呈現周期性斷裂和彎曲[3-4]。工作面的加長,在礦山壓力顯現上表現為工作面支承壓力峰值增加,其產生的影響為:工作面前方支承壓力峰值增加和作用時間增加,導致前方煤體破碎程度增加,一方面利于頂煤破碎和冒放,但不利于工作面片幫的控制,另一方面前方煤體承載能力的降低,增加了工作面頂板下沉量,造成工作面來壓強度增加;工作面長度由 140m增加到 200m,其來壓步距沒有發生明顯變化。

2 工作面所需支護強度分析

通過數值模擬分析綜放工作面由 80m增加到200m,頂板 (煤)的應力、應變和破壞分布可得如下結論:

(1)通過工作面后部的應力分布分析,可以看出基本頂的運動趨勢和頂煤的破碎程度,從工作面后部最大 (圖 1)、中間 (圖 2)和最小主應力(圖 3)的分布規律可知,隨工作面長度的增加,各應力普遍呈增加狀態,但工作面長度增加到160m后,增加趨勢逐漸趨緩;最小主應力在工作面長度 120m時仍在最小值,說明該礦的工作面長度超過 160m時有利于頂煤的冒放。

圖 1 不同工作面長度后部最大應力變化曲線

圖 2 不同工作面長度后部中間應力變化曲線

圖 3 不同工作面長度后部最小應力變化曲線

(2)通過工作面前部的應力分布分析,可以看出工作面支架的受力情況,從工作面前部最大、最小和中間主應力的分布規律可知,隨工作面長度的增加,各應力普遍呈增加狀態,尤其是反映工作面正壓力的最大主應力,在工作面超過 160m時增加迅速。如圖 4、圖 5和圖 6所示。

圖 4 不同工作面長度前部最大應力變化曲線

圖 5 不同工作面長度前部中間應力變化曲線

圖 6 不同工作面長度前部最小應力變化曲線

(3)根據對工作面頂板應力的分析,同時考慮其他確定工作阻力的方法,確定該礦不同工作面長度所需的最小支架工作阻力見表 1,可知工作面長度增加為 160m,180m,200m時,較 140m工作面來壓強度增加分別為 7%,10%和 17%。ZF3300/17/28液壓支架使用的工作面長度不應超過180m。

表1 不同長度對應支架所需工作阻力

3 工作面巷道所需超前支護強度及范圍

工作面長度的增加不但使工作面來壓增加,對巷道超前支護同樣具有明顯影響,通過數值模擬得出不同工作面長度的巷道壓力增加范圍、峰值點距離及強度。

可知工作面巷道支承壓力峰值隨工作面長度的增加而增加 (圖 7),工作面巷道支承壓力峰值點出現的位置隨工作面長度的增加變化不大,而工作面超前壓力影響距離隨工作面長度的增加而增加(圖 8)。

圖 7 工作面巷道超前壓力峰值曲線

圖 8 工作面巷道壓力峰值點距離及影響距離

4 結論

(1)工作面長度增加導致工作面前方支承壓力峰值的增加和作用時間的增加,前方煤體的破碎程度增加,一方面利于頂煤的破碎和冒放,但不利于工作面片幫的控制,另一方面前方煤體承載能力的降低,增加了工作面頂板的下沉量,造成工作面來壓強度增加。

(2)該礦工作面長度增加為160m,180m, 200m時,較 140m工作面來壓強度增加分別為7%,10%和 17%。ZF3300/17/28型液壓支架使用的工作面長度不應超過 180m。

(3)工作面巷道支承壓力峰值及影響距離隨工作面長度增加而增加,其峰值點出現的位置隨工作面長度的增加變化不大。

[1]繆協興,羅善明,程宜康,等.超長綜放工作面支架運轉特性分析 [J].煤礦開采,2001,1(3):52-54.

[2]劉俊峰.綜采工作面參數變化對礦山壓力顯現影響的研究[A].北京開采所研究生論文集——采礦工程學新論 [C].北京:煤炭工業出版社,2005.

[3]張喜武.綜采加長工作面技術研究及實踐 [J].煤炭科學技術,2007,35(8).

[4]趙宏珠,戴秋梁.加大綜采工作面幾何參數對大采高支護設備發展的新要求 [J].煤礦開采,2009,14(6):1-6.

[責任編輯:王興庫]

Analysis of Influence of Lengthen ing Fully-mechan ized Caving M in ing Face on Supporting Intensity

L IU Jun-feng

(CoalMining&DesigningDepartment,Tiandi Science&Technology Co.,Ltd,Beijing 100013,China)

Taking a fully-mechanized caving mining face as an example,this paper analyzed range of working resistance needed by powered support under differentmining face’s lengths by studying relationship ofmining face lengthening and underground pressure behavior.The conclusion was obtained that current ZF3300/17/28 powered supportmightmeet the condition of lengthening mining face from 140m to 180m.

mining face lengthening;supporting intensity;powered support;fully-mechanized cavingmining face

TD323

A

1006-6225(2010)06-0029-02

2010-07-26

劉俊峰 (1976-),男,山西晉中人,博士,高級工程師,從事支架 -圍巖關系及工作面設備總體配套研究工作。