俯伪斜采煤方法中技术参数的理论分析与计算

俯伪斜采煤方法中技术参数的
理论分析与计算
在大倾角煤面开采方法中，俯伪斜煤法较之其它采煤方法有方法简单，产量高，易管理等诸多优点，但在实际应用中这些优点难以突出，甚至时常有推垮工作面，埋支柱，冒顶等问题出现，究其原因皆因技术参数不合理或缺少科学依据所至，因此对俯伪斜采煤法中的主要技术参数作一些理论上的分析与探讨。

一、大倾角煤层矿压分析与支柱现场载荷计算
在俯伪斜采煤法中，采场顶板不仅要承受顶板自身重量形成的压力而且还要承受采动影响形成的围岩压力，工作面顶板沿真倾斜方面的拉伸力和采空区垮落后沿煤壁的侧向推力，所以，大倾角俯伪斜采煤法中顶板压力远大于顶板性质相同的缓倾斜煤层。

支柱载荷主要来源于上覆岩层的运动和围岩的变形。

对于支柱载荷可用8倍采高的岩石重量直接估算，那么工作面长度是定值，控顶距逾宽，支柱载荷也越大，如果用拱形假说计算则有（见图一）
G=2/3bhpg
G—拱内岩石载荷（等于相应部分支柱载荷）
b—控顶距
h—拱高
p—容重
g—重力加速度
（图一）
从上分析和公式或以看出：支柱载荷与b、h成正比。

准确科学的分析和计算支柱载荷是支护设计的基础，也是控制顶板压力，搞好安全的保证。

二、伪倾角的计算
俯伪斜采煤法中工作面伪倾角的合理确定是该采煤法能否成功的关键，伪倾角过大，则在回采过程中煤、岩、矸石以及材料下滑伤人，人员不能工作，如果太小，则采空区
矸石向煤壁挤压，采空区压力移向煤壁，使工作面难以维护，如果伪倾角小于煤炭自然安息角则煤岩不能自溜，则不能正常生产，那么伪倾角多大才合适呢，下面以本矿3853采面为例进行分析
3853采面平均倾角46度，工作面真倾斜长100米，平均采高0.7米，则其伪倾角分析计算如下图二和公式
（图二）
上图中，根据几何公式有：
β=arcsin(sinr.cosa)
=arcsin(0.72cosa)
β—伪倾角
如果考虑煤在煤壁的自然安息角取45度，则β=31度，所以，对3853采面来说，伪倾角取31度是较为合适的。

三、采面控顶距的分析与计算
控顶距的大小首先应满足行人、运料和通风要求，还应考虑对顶板的控制效果，控顶距的改变可以引起一系列采场、矿压显现的变化，它的大小不仅影响和决定采场最大控顶距处的顶板下沉量，而且还决定了采场支架对顶板合力作用点的位置及作用力的分布，在支护设计中，如果条件一定，对支护密度的设计实质上是对控顶距的选择，控顶距的选择可用如下公式计算：
b=pt/RtL
b—排距（实质上决定控顶距）
Pt—支护强度
Rt—支柱工作阻力
L—支柱柱距
从上公式可以看出，控顶距与支护强度成正比关系，也就是说，控顶距越大，每棵支柱所承受的压力也越大，所以在回采工作中，适当减小控顶距对顶板管理是有利的，在实际工作中，如顶板较完整，支柱工作阻力恒定的情况下，可增大柱距，减小排距，从而减小工作面压力，如在我矿西翼采面中，如采用0.8米的排距，那么顶板压力就小得多，有
利安全。

四、工作面垫层厚度及密度的分析
在俯伪斜采煤法中，矸石垫层起着缓冲垮矸，支护顶板，拦阻矸石等重要作用，合理确定其厚度和密度，对工作面管理有其重要意义，在实际生产工作中，当上部密集尾部支柱回收后，采空区顶板冒落对下段密集产生冲击作用，而下段密集垫层则要背负矸石下滑产生冲击力，由势能公式进行计算
u=Q(Z-Z0)
u—上敦矸石垮落的势能
Q—垮矸重量
Z—垫层间距
Z0—垫层厚度
由势能公式分析可知，当Z越小，即u越小，当Z0越大则u越小，所以，适当减小垫层间距，增大矸石垫层厚度对减少垮矸对垫层的冲击，保证工作面不推垮有着重要作用，在实际生产中要以上段回柱，垮矸石不涌向煤壁为原则，则计算和示意图三如下：
（图三）
则Z=b.sina.sin(90-a)/sin(90+a-a`)
b—控顶距—排距
a—煤岩自然安息角取45度
a`--矸石自然安息角取40度
则Z=0.46b=0.56
从理论上计算则垫层间距则为Z=0.56,则3853采面为例则Z=(4-1)=3m,是较为合适的垫层间距。

五、实例举证：
我矿3853采区中的3851采面曾经使用过俯伪斜采煤法，但因在实采中技术参数中使用不合理，导致回采失败，而在3853采面中在实采中采用了较小的控顶距，较小的垫
层间距，致使工作面现在情况较好，回采较为成功。

六、结论：
合适的伪倾角，较小的控顶距，准确的垫层间距等科学的技术参数是俯伪斜采煤法成功的关键。