近距离煤层综采工作面支架支护强度的确定
上下两道超前支护强度计算
附页：1112-2综采工作面超前支护强度验算1112-2综采放顶煤工作面，开切眼长度109米，顺槽设计断面宽3200mm，高2500mm，顺槽掘进采用锚网或29（36）U钢棚支护，支护强度完全满足安全生产需要。
根据我矿回采工作面回采期间矿压观测数据分析，在回采过程中随着工作面的推进，两顺槽从安全出口向外20m为顶底板移动量、两帮移近量显现范围，且移近量从里向外逐渐减小。
一、在顶底板移近量、两帮移近量显现范围内，巷道断面是否满足《煤矿安全规程》第22条规定。
《煤矿安全规程》第22条规定，“巷道内安设输送机时，输送机与巷帮支护的距离不得小于500mm，输送机机头和机尾处与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要，并不得小于700mm；巷道内移动变电站或平板车上综采设备的最突出部分，与巷帮支护的距离不得小于300mm”。
二、在顶底板移近量、两帮移近量显现变化较大的地段（安全出口向外不小于20m范围内）加强顶板支护即超前支护。
《煤矿安全规程》第50条规定，“采煤工作面所有安全出口与巷道连接处超前压力影响范围内必须加强支护，且加强支护的巷道长度不得小于20米；综合机械化采煤工作面，此范围内的巷道高度不得低于1.8米。
”根据对我矿回采工作面回采期间矿压观测数据分析，1112-2综采工作面从安全出口向外不小于20m范围内为顶底板移近量、两帮移近量变化活跃段，因此作业规程规定采用单体木梁三道π钢双抬棚超前支护加强支护：回风顺槽：超前支护长度不小于20米，支护形式为：即从安全出口开始，0—5米（不小于5米）使用单体木梁，一梁两柱替换U钢，并在上帮、中间、下帮加单体π钢三道双抬棚，5—20米U钢梁下打单体中心顶子。
运输顺槽：超前支护长度不小于20米，支护形式为：即从安全出口开始，0—10米（不小于10米）使用单体木梁，一梁两柱替换U钢，并在上帮、中间、下帮加单体π钢三道双抬棚，10—20米U钢梁下打单体中心顶子。
回风道、溜子道超前支护：抬棚单体排距（沿走向）为1.0米，柱距（沿倾向）为0.8米，人行道侧宽度为0.8米，顶板用背板（圆木）接实帮顶，背板（圆木）规格：圆木直径不小于18cm，长度为3.2米。
综采工作面支护设计最终
-综采工作面支护设计(最终）————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一节 巷道布置和工作面基本参数一、巷道布置本工作面正、付巷沿煤层走向方向布置,正巷长度为1228m ,付巷长度为1１６８m ，切巷长度为２40m 。
附图一:巷道布置图二、巷道支护形式和断面特征:第二节 支架设计选型计算一、液压支架选型原则１、支护强度应与工作面矿压相适应。
支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力,将空顶区的顶底板移近量控制到最小程度。
２、支架结构应与煤层赋存条件相适应。
３、支护断面应与通风要求相适应，保证有足够的风量通过，而且风速不得超过《煤矿安全规程》的有关规定。
4、液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配。
支架的宽巷道名称 断面形状 净宽 (mm) 净高 (m ｍ) 毛宽 （mm ）毛高 （ｍm) 支护形式 11-１０5１巷 矩形 44 3０0 锚网梁、锚索、架棚 １1-1052巷 矩形 44 300 锚网梁、锚索、架棚 11-10５切巷矩形65３0０锚网梁、锚索度应与刮板输送机中部槽长度相一致，推移千斤顶的行程应较采煤机截深大100-2０0mｍ，支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速,移架速度还应满足生产指标的要求，支架的梁端距应为３４0mm左右。
二、液压支架选型依据及内容1、选型依据：支架选型前必须将工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全面查清、探明,编出综采采区、综采工作面地质说明书。
2、选型内容:选择支架时,要确定下述内容：支架类型，如支撑掩护式或掩护式；立柱根数；支护阻力,包括初撑力、额定工作阻力；支架结构高度,包括最大和最小高度;顶梁和底座的结构形式、尺寸及其相对位置；对防滑、防倒、防片帮、调架、移架、端面维护等装置的要求;操作方式、阀组性能等。
三、基本支架初步设计1、基本支架主要技术参数的确定⑴支护强度（工作阻力）从理论上分析,合理的支护强度应正好与顶板压力相平衡。
采煤工作面合理支护方式的选择及支护密度的确定
采煤工作面合理支护方式的选择及支护密度的确定摘要:回采工作面支护方式因工作面的支护地点不同分为一般支护和特殊支护,根据煤层赋存条件和矿压观测结果,确定工作面支护强度后之后,合理支护方式的选择、合理支护密度的对于回采工作面的顶板管理起着非常重要的作用。
在我国井工煤矿的开采过程中，总结出了一套比较完善的矿山压力控制理论，由最初的定性分析发展到了定量计算顶板应力和顶板下沉量。
回采工作面顶板控制设计的内容主要包括：选择采场支护形式、选择采空区顶板的处理办法、决定控顶板距离、选择支护形式、制定工作面日常顶板管理方案等。
这些顶板管理的方法在实践中得到了充分的验证，并且从实践中得到了许多宝贵的经验。
目前对于顶板事故的控制与预防，主要研究需控岩层的范围。
采场需控制的岩层范围是指上覆岩层中运动对采场产生的明显影响的那部分岩层，包括直接顶与老顶。
从矿压控制的要求出发，直接顶是指在采空区已经冒落，在工作面推进方向上推动失去了传递力联系的那部分岩层；老顶则是由运动对采场产生明显影响的岩梁组成，每一岩梁由同时运动或近乎同时运动的一层或数层组成，尽管岩梁会发生断裂，但其在工作面推进方向上始终能保持传递力的联系（包括规则垮落）。
确定采场需要控制的岩层范围是顶板控制设计的首要问题，其中包括各部分岩层的厚度和运动步距的确定。
国内外特别是我国在围岩控制技术的研究方面取得了一系列卓有成效的研究成果，如支护形式的选择、支架选型设计、高档普采工作面围岩关系、支护设计、特殊支护、支护质量与顶板动态监测等。
合理支护强度确定之后，合理支护方式的选择对于回采工作面的顶板管理起着非常重要的作用。
根据回采工作面的不同地点支护方式一般分为基本支护和特殊支护两类。
基本支护要求支架在顶板不发生特殊情况时，能支和护住顶板。
特殊支护要求支架在顶板出现悬顶、滑动、冲击等隐患时，能防止顶板事故的发生。
1 一般支护方式各煤层工作面的控制实践表明，在单体液压支护的回采工作面，基本支护方式一般采用单一支护方式和棚梁支护方式。
采煤工作面支架的选择及支护要求
２２２ 端 头 与煤 壁 处 的支 护 端头 支 护 要 求 整 体 性 强 ，抗 压 性 能 好 ， ．． 四对 八 梁 ” 护 ． 果 良好 。煤 壁 处 的支 护 主 要 是 防 止 支 效 估算顶板压力后 ， 对用 单 体 支 柱 的工 作 面 ， 还 目前 一 般 采用 “ 保 一 ． 长 ４米 需 确定 支 护 密 度 。 支柱 设 计 时 ， 能 简单 地 用 支 柱 的 额定 工作 阻力 计 顶 板 在 刮板 运 输 机 机 道 处 的 冒落 ， 持 顶 板 完 整 ， 般 采 用 ２ 不 １ 支 护密 度 的确 定 ． ２
现悬顶、 滑动 、 冲击 等 隐 患 时 ， 防 止 顶板 事 故 的 发 生 。 能
大采高工作面支架支护强度确定及其应用研究
大采高工作面支架支护强度确定及其应用研究
张日林;孙凯
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2017(026)001
【摘要】随着大采高工作面采高逐步增大,如何控制煤壁稳定性已成为该类工作面安全开采的关键问题,而选择合理的支架已成为解决上述问题的主要途径.文章从工作面支架的支护强度与顶板下沉量、煤壁稳定性三者关系人手,提出了工作面支护强度的确定是大采高工作面支架选择的依据,并提出了王庄矿8101大采高工作面的支护强度应不低于1.2 MPa,以此确定了该工作面的支架应为ZY
15000/33/72D型,现场工业性试验表明,该支架可以适应该类工作面的顶板活动规律.
【总页数】5页(P9-13)
【作者】张日林;孙凯
【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;潞安环能股份公司王庄煤矿,山西长治046031;潞安环能股份公司王庄煤矿,山西长治046031【正文语种】中文
【中图分类】TD355.4
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1.火成岩侵入煤层工作面支架支护强度的确定 [J], 赵三俊
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3.顶板结构模型法计算确定综采面支架合理支护强度 [J], 吴士良;刘思利
4.近距离煤层综采工作面支架支护强度的确定 [J], 李向波
5.浅埋煤层综放工作面支架合理支护强度确定及其应用 [J], 路洋波; 陈法兵; 李岩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
005-6m大采高综采面支架合理支护强度确定
(山西兰花科创股份有限公司 , 山西 晋城 048000)
[ 摘 要 ] 为了确定玉溪 矿 6m大采 高工 作面支 架的 合理支 护强 度 , 基于 矿井 实际地 质条 件 , 通过采用经验估算法 、 基于顶板分类 的支护强度计算方法及建立在 “支架 -围岩 ” 相互作用关系之上 的数值模拟分析方法 , 对工作面支架合理支护 强度进行计算 , 最终确定支架 支护强度 为 1.17MPa, 能 够完全满足现场需要 。 研究结果对于 大采高支架合理工作阻力的确定具有重要的参考价值 。
HAOCun-yi, DUANJun
(ShanxiLanhuaKechuangCo., Ltd, Jincheng048000, China) Abstract:Inordertoobtainrationalsupportingintensityof6mlarge-mining-heightfaceinYuxiColliery, thispaperappliedexperience method, roofclassificationmethodandnumericalsimulationmethodbasedonmutualrelationshipof“support-surroundingrock” tocalculatingrationalsupportingintensityofpoweredsupportonthebasisofactualgeologicalconditionanalysis.1. 17MPawasobtained whichmetactualdemand.Theresultmightprovidereferencefordesigningworkingresistanceofpoweredsupportinlarge-mining-height face. Keywords:largeminingheight;supportingintensity;numericalsimulation;workingresistance
综采工作面顶板厚度确定及支护强度的选择
２ １ 伪 顶 厚 度 的确 定 ． 在 工 作 面 回采 中 ， ． １ 厚 的 灰 色 粘 土 岩 随 ０ ２Ｔ Ｉ 采 随 冒， 合上述伪顶定 义 ， 符 因此 此 层 定 为伪 顶 。
２ ２ 直 接 顶 厚 度 的 确 定 ．
２ ２ １ 按 冒 高公 式 计 算 ．． 直 接 顶 冒 高 公 式 ： ＋（ ＋ｍ； Ｋ Ｓ ｍ ） ａ＝ｈ＋ｍ
第 １期
２ １ 年 ３ 月 ００
水 力采 煤 与 管 道 运 输
ＨＹＤＲＡＵＬ Ｃ Ｃ０ＡＬ ＭＩ ＮＧ ＆ Ｐ ＰＥ ＮＥ ＴＲＡＮＳ Ｉ ＮＩ Ｉ ＬＩ ＰＯＲ ＴＡ １ Ｔ ０Ｎ
Ｏ．１
Ｍ ａ ．２ ０ ｒ ０１
综 采 工 作 面 顶 板 厚 度 确 定 及 支 护 强 度 的 选 择
关 键 词 ： 顶 直 接 顶 老 顶 支 护 强 度 伪
中图 分 类 号 ： Ｄ ２ 文 章 编 号 ： 文 献 标 识 码 ： ０ ６—０ ９ ２ ｌ ） ｌ一０ ｌ ０ Ｔ ３３ Ａ １０ ８ ８（ ０ ０） ０ ０ ５— ３
～
１ 工作 面简 介
，
含黄铁矿 结 核 ， 部为 泥质 胶 结 ， 裂 隙 。 局 有 含
式 中 ： 为 岩 梁 触 矸 沉 降 值 ， ｓ 由实 测 确 定 ， 般 为 一
（ ． ｈ一０ ４ ）， ０ ３ ；ｎ 为 直 接 顶 厚 度 ， Ｉ ０３ ． ｈ 取 ． ｈ ｉ： Ｉ； Ｔ
ｍ 为 伪顶 厚 度 ，１Ｋ １； 为 岩 梁 触 矸 处 已 冒 落 岩 层 １ 的 碎 胀 系 数 ， １ ２ ｈ为 采高 ， 均 ３ １Ｉ 取 ． ５； 平 ． 。 Ｉ Ｔ
３ ． ＭＰ ； 底 板 比 压 ０ ６ １５ ａ对 ． ３—２ ０ ＭＰ ； 架 重 ．７ ａ 支
采煤工作面支架选型计算
采煤工作面支架选型计算
综采能否实现安全高效关键在于架型选择是否合理。
15号煤层首采区选用综采放顶煤液压支架。
1、支护设备强度确定
根据矿压理论，工作面支架承受的最大压力为6-8倍采高的顶板岩石的重量，现取8倍采高的顶板岩石重量计算：
F=8×h×L控×b×γ×g=8×2.5×5.154×1.5×2.7×9.8=4091KN
式中：F——工作面上覆8倍采高岩石所需支撑阻力；
γ——上覆岩层平均容重，2.7t/m3；
h——工作面采高，2.5m；
L控——工作面最大控顶距，5.154m；
b——支架宽度，1.5m；
g——重力换算单位，取9.8 m/s2。
设计选用ZF6800/17/32D型支架（预留智能化端口），工作阻力6800KN。
根据以上计算，可满足回采工作面顶板支护要求。
ZF6800/17/32D液压支架技术特征见下表。
液压支架技术特征表
矿井15号煤层回采工作面顺槽超前支护超前20m 支护采用ZQL2×3200/19/38型超前支架。
回采工作面端头及顺槽超前支护20m范围内，巷道高度不得低于2m。
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收稿日期:２０１９ ０１ ０８
作者简介:李向波(１９８４－)ꎬ男ꎬ山西阳城人ꎬ工程师ꎬ从事煤矿生产技术工作ꎮ
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－２７９８.２０１９.０４.０１４
近距离煤层综采工作面支架支护强度的确定
李向波
(山西阳城阳泰集团晶鑫煤业新井分公司ꎬ山西晋城㊀０４８０００)
摘㊀要:文章以程家沟煤矿近距离煤层１０１０１工作面为背景ꎬ通过分析下煤层开采过程中的覆岩结构ꎬ得到了工作面支架主要载荷来源ꎬ并以此为基础建立了支架支护强度计算公式ꎬ进而确立了支架型号ꎬ通过数值模拟及现场实测ꎬ验证了由理论计算的支架支护强度科学合理ꎬ完全能够满足近距离下煤层综采工作面安全回采的要求ꎮ
关键词:近距离煤层ꎻ支护强度ꎻ覆岩结构
中图分类号:ＴＤ３５５㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀㊀文章编号:１００５ ２７９８(２０１９)０４ ００３８ ０２
㊀㊀在近距离煤层开采过程中ꎬ由于上部煤层已经
开采ꎬ上覆岩层已经受到破坏ꎬ在下部煤层开采过程中ꎬ覆岩结构及移动规律都表现出了与单一煤层不同的特征ꎮ而目前综采工作面支架工作阻力确定的方法更多的是以单一煤层开采来进行的ꎬ对于近距离煤层综采工作面支架工作阻力的确定方法还没有深入开展[１－２]ꎮ因此本文以程家沟煤矿近距离煤层综采工作面支架工作阻力选择为背景ꎬ对近距离下煤层回采过程中覆岩结构特征及支架载荷来源进行了分析ꎬ提出了支架工作阻力计算方法ꎬ为近距离煤层安全回采提供科学依据ꎮ
１㊀工作面概况
程家沟煤矿位于山西省晋中市ꎬ矿井主采９号㊁１０号煤ꎮ９号煤层位于太原组下部ꎬ平均厚度为２.４ｍꎬ倾角１~５ʎꎬ直接顶为泥岩ꎬ平均厚度４.２ｍꎬ基本顶为粉砂岩ꎬ平均厚度１０.８ｍꎬ煤层划分为４个盘区ꎬ目前９号煤层１~３盘区已经回采完毕ꎮ１０号煤层平均厚度４.２ｍꎬ直接顶为泥岩和砂质泥岩ꎬ平均厚度３.７ｍꎬ直接底为泥岩ꎬ平均厚度２.２ｍꎮ两煤层之间层间距离平均３.７ｍꎬ属于近距离煤层ꎮ１０１０１综采工作面为１０号煤层１盘区首采工作面ꎬ工作面长度２０５ｍꎬ设计采高４.２ｍꎬ推进长度１０２３ｍꎮ其上部为９１０１综采工作面采空区ꎮ
２㊀工作面覆岩结构分析
垮落带高度可以根据经验公式(１)求得
[３]
:
Ｈ１＝
Ｍｋ－１
(１)
式中:Ｈ１为垮落带高度ꎬｍꎻｋ矸石的充填系数ꎬ
取１.２５ꎻＭ为煤层厚度ꎬｍꎮ
将９１０１㊁１０１０１工作面相关参数代入式(１)中ꎬ得到９１０１㊁１０１０１工作面垮落带高度分别为９.６ｍ㊁
１６.８ｍꎬ超过了两煤层之间的岩层ꎮ
由计算可知ꎬ下煤层工作面回采垮落带高度大于上部煤层开采所形成的垮落带ꎬ形成了如图１所示的结构[４]ꎮ下煤层开采过程中ꎬ其上部直接顶岩层不能完全充填采空区ꎬ需要更大厚度的岩层矸石冒落后对采空区进行充填来保证采场平衡ꎮ两煤层之间的层间岩层随回采继续而不断冒落ꎬ原来上煤层开采后的采空区矸石也随之冒落ꎬ使得原来已经稳定的上煤层裂隙带岩层再次受到采动影响发生二次破坏ꎬ裂隙带向上延伸ꎬ直至冒落矸石充满采空区形成了新的采场平衡为止ꎮ
图１㊀下煤层开采后覆岩结构示意
由图１可知ꎬ支架载荷主要来源于三部分ꎬ即:煤层直接顶的重量㊁垮落带冒落矸石的重量和新增裂隙带岩层重量ꎮ因此:
Ｐ１＝Ｑ１＋Ｑ＋ＱＺ＝(Ｈ１＋ｋ'Ｈ３＋ＨＺ)γ(２)
８
３
由图１可得:
Ｍ＋Ｈ１＋ｋ'Ｈ３＋ＨＺ＝ｋＨ１＋ｋ"Ｈ３＋ｋＨＺ＋Ｓ(３)新增的垮落带厚度ＨＺ为:
ＨＺ＝Ｍ－(ｋ－１)Ｈ１＋(ｋ'＋ｋ")Ｈ３－Ｓ
ｋ－１(４)由于工作面来压时ꎬ顶板存在一定的运动ꎬ因此计算支架工作面阻力应该考虑一定的动载系数ꎬ取１.１５~１.３５[５]ꎮ因此支架支护强度为:
Ｐ＝(１.１５~１.３５)Ｐ１(５)式中:ＱＺ为新增垮落带岩层重量ꎻＨＺ为新增垮落带高度ꎻｋ'为矸石的残余碎胀系数ꎬ取１.０５ꎻｋ"为二次垮落矸石碎胀系数ꎬ取１.０３ꎻＳ为基本顶触矸弯曲下沉量ꎬ取０.３５ｍꎮ
将程家沟煤矿１０１０１工作面相关参数代入公式(５)中ꎬ得到工作面支护强度为:
Ｐ＝(１.１５~１.３５)(Ｑ１＋Ｑ＋ＱＺ)
＝(１.１５~１.３５)(Ｈ１＋ｋ'Ｈ３＋ＨＺ)γ
＝(１.１５~１.３５)ˑ(３.７＋１.０５ˑ９.６＋１２.５)ˑ２５
＝０.７６~０.８８ＭＰａ
因此为了保证程家沟矿安全生产ꎬ１０１０１工作面液压支架支护强度选０.９ＭＰａꎮ
３㊀数值模拟试验
为了进一步验证支架支护强度的合理性ꎬ采用ＦＬＡＣ数值模拟试验对０.３~１.１ＭＰａ不同支护强度情况下支架的支护效果进行了分析ꎬ分析结果如图２所示ꎮ
图２㊀控顶区内顶板下沉量与支架支护强度的关系曲线图２为工作面推进不同距离时ꎬ控顶区内顶板下沉量与支架支护强度之间的关系ꎮ从图中可以明显看出ꎬ随工作面回采到不同位置时ꎬ随着支架支护强度的增加ꎬ控顶区内顶板下沉量均呈现出同一种变化特征ꎬ即随支护强度增加顶板下沉量逐渐减小ꎬ减小到一定程度后ꎬ趋于稳定ꎮ支护强度在０.３~０.９ＭＰａ之间时ꎬ增加支护强度ꎬ顶板变化较明显ꎬ当支护强度大于０.９ＭＰａ时ꎬ继续增加支护强度ꎬ顶板下沉量变化不大ꎬ因此可以看出０.９ＭＰａ为近距离煤层１０１０１工作面最优的支护强度ꎬ与计算结果相符合ꎮ
４㊀现场实测
根据计算选择支架支护强度为０.９ＭＰａꎬ结合现场实际参数确定支架工作阻力为:
Ｆ＝ＰＢＬ＝０.９ˑ５.６９ˑ１.７５ˑ１０３＝８９６２ｋＮ
式中:Ｆ为支架工作阻力ꎬｋＮꎻＢ为支架最大控顶距ꎬ取５.６９ｍꎻＬ为支架中心距ꎬ取１.７５ｍꎮ因此１０１０１工作面配备了郑州煤机厂的ＺＹ９０００/３８/５０Ｄ型支架ꎮ通过对工作面推进３００ｍ的支架工作阻力进行监测ꎬ得到工作面来压期间循环末阻力为７８５７ｋＮꎬ为支架额定工作阻力的８７.３％ꎬ来压期间支架工作阻力富余量充足ꎬ完全能够承受来压期间顶板变形载荷ꎬ因此选择郑州煤机厂的ＺＹ９０００/３８/５０Ｄ型支架ꎬ能够满足近距离煤层１０１０１工作面安全回采的要求ꎮ
５㊀结㊀语
１)㊀通过理论分析ꎬ得出了近距离煤层下煤层工作面回采支架载荷主要来源于三部分ꎬ即:煤层直接顶的重量㊁垮落带冒落矸石的重量和新增裂隙带岩层重量ꎮ
２)㊀根据理论分析ꎬ建立了支架支护强度计算公式ꎬ确定了支护强度ꎬ通过数值模拟试验ꎬ与理论计算结果相符合ꎮ
３)㊀通过现场矿压实测ꎬ验证了所选择的ＺＹ９０００/３８/５０Ｄ型支架科学㊁合理ꎮ
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[责任编辑:常丽芳]
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２０１９年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李向波:近距离煤层综采工作面支架支护强度的确定㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２８卷第４期。