煤峪口矿近距离薄煤层采场顶板跨落机理及支架承载分析[论文]

煤峪口矿近距离薄煤层采场顶板跨落机理及支架承载分析【摘要】通过对煤峪口矿14#层近距离薄煤层采场围岩、顶板跨落机理及支架载荷分析，计算了14#层采用zyb4400/8.5/18液压支架支护采场时支架载荷及支护强度，并通过zyb4400/8.5/18液压支架在14#层408盘区近距离薄煤层工作面实践，实测了支架载荷及支护强度，综合分析验证zyb4400/8.5/18液压支架在14#层408盘区近距离薄煤层工作面采场支撑能力。

【关键词】近距离薄煤层采场顶板跨落支架承载分析

1 14#层煤层赋存及开采概况

煤峪口矿14#层408盘区煤层倾角1°～3°，赋存较稳定，煤厚变化大，煤层厚度一般为0.07～4.17米，盘区西翼（盘区上山）开采期间煤厚变化不大，在2米左右。盘区东翼（盘区下山）开采时煤层厚度变薄，最薄处不足1.4米，工作面偶有冲刷、夹石。

从14#层307盘区、410盘区现已掘出巷道揭露的煤层来看，赋存情况不容乐观，煤厚变化大赋存极不稳定，煤层厚度为0.8-2.3，普遍不足1.6米。

408盘区盘区西翼（盘区上山）开采期间，采煤方法为长壁全部冒落法，工作面支护采用zzs-5600/14/28型液压支架：适应煤厚1.6-2.6米；工作阻力：28.5mpa（5600kn），支护强度：0.73-0.98mpa，该支架完全能够适应采场支护。盘区东翼（盘区下山）煤层厚度变薄，该支架在采高上已显出不足。为保证14#层的顺利开采，支架重新选型迫在眉睫。

zyb4400/8.5/18液压支架适应煤厚1-1.6米；支护强度：0.766 mpa；初撑力：31.4mpa（3860kn）；工作阻力：35.7mpa（4400kn）泵站压力：31.4mpa。支护强度是否能够支护采场顶板，是目前薄煤层开采采场支护急需解决的问题。

2 采区围岩状况

煤峪口矿14#层属近距离薄煤层，与11～12#层间距为2.86～

10.45米，平均厚度4.39米。层间顶板为灰白色粉砂岩，上覆为

11、12#层采空冒落部分。直接底灰色灰褐色粉砂岩，平均厚度1.6米。

3 采场顶板跨落机理及支架承载分析

由已采14#408盘区工作面矿压观测，工作面没有明显周期来压，有瞬时增阻。随工作面推进，直接顶在支架切顶线后1米左右跨落，支架切顶线后最大悬顶长1米左右，上覆为11、12#层采空冒落部分松散岩体随着下落。由于松散岩体高度大，采空区高度小，下落的松散岩体相互挤压，并未按流体沿斜面下滑。

11、12#合并层基本顶为灰白色中砂岩，厚度31.12—32.41米，平均31. 7米，直接顶灰白细粒砂岩细粒砂岩互层，厚度2.52—2.1米，平均2.18米。煤厚7.5-8.8米，平均煤厚8米。上下分层采高均为2.8米，下分层顶煤2.4厚米，顶煤回收率按50%计，则共采出煤厚6.8米；上下分层采出后，直接顶、下位基本顶冒落后填满采空区。

冒落岩石碎胀系数取1.35。设岩层冒落高度h：

6.8+h=1.35h

h=6.8÷0.35=19.43

则11、12#合并层区采空区岩层冒落及离层高度19.43米。其下部为冒落松散岩石碎块，中部为无序排列并相互咬合的大块岩石，上部为已离层未冒落部分相互咬合形成基本稳定的拱形砌体梁结构。

采场支架载荷计算若采用经验公式，为8倍采高的岩石重，采高按1.6米计算，即支架承载为2036.5kn，显然与支架实际承载不符。支架上方的直接顶及上覆为11、12#层采空冒落部分由煤壁与支架共同支撑，根据支架切顶线后最大悬顶长1米左右，判定煤壁主要承载为空地区1米左右的顶板，直接顶及11、12#层采空冒落部分主要由支架承载。

4 zyb4400液压支架载荷分析计算与实测：

4.1 zyb4400/8.5/18液压支架主要参数：

支架型号：两柱掩护立即支护式。

支架高度：850—1800mm

支架中心距：1500mm

适应倾角：≤15°

适应煤厚：1—1.6m

初撑力：3860kn（p=31.4mpa）

工作阻力：4400kn（p=35.7mpa）

支护强度：0.766mpa（h=1800mm）

泵站压力：31.4mpa

4.2 zyb4400/8.5/18液压支架载荷及支护强度分析计算

以zyb4400/8.5/18液压支架计，

工作面直接顶平均厚度取4.39米。

11、12#合并层区采空区岩层冒落及离层高度19.43米。

岩石容重取25kn/m3。

分析计算支架载荷及支护强度为：

支架载荷f=（19.43+4.39）×支架中心距×（支架最大控顶距）×岩石容重

=23.82×1.5×4.81×25

=4297（kn）

支护强度q=支架载荷/（支架中心距×支架长度）/1000

=4297÷（1.5×4.47）÷1000

=0.64mpa

分析计算支架载荷及支护强度均额定值内。

4.3 zyb4400/8.5/18液压支架工作面实测载荷及支护强度：

通过已采工作面zzs-5600支架支护阻力及以上分析计算，2010年10月至2011年4月我矿14#层408盘区8816、8814工作面支护改用zyb4400/8.5/18液压支架，这两个工作面采场支护实测数据如表1，2：

以平均工作阻力计，支架载荷及支护强度均在zyb4400/8.5/18液压支架额定值内。

以瞬时最大工作阻力计，支架载荷在工作面中部局部范围稍大于额定值，支护强度均在额定值内。与分析计算zyb4400液压支架支架载荷及支护强度相符。

5 结语

分析计算支架载荷及支护强度与工作面后期开采实测

zyb4400/8.5/18液压支架支架载荷及支护强度基本相符，只是在工作面中部最大工作阻力超过额定值。原因分析：随着14#层工作面推进，直接顶在切顶线后断裂冒落，11、12#层采空区下部松散岩体的也随着下落，上部相互咬合稳定的拱形砌体梁结构，在采动影响，原有的稳定结构破坏，随之快速冒落，形成瞬时冲击压力，支架出现瞬时增阻现象。当工作面中部支架出现瞬时增阻现象，工作阻力超过4400kn时，支架通过安全阀不断开启后可卸压，同时支架活柱下缩量较大，要及时移架升架，防止顶板在煤壁前断裂。zyb4400/8.5/18液压支架对于薄煤层适用性较强，煤厚超过1.6米时显示不足。14#层307盘区、410盘区现已掘出巷道揭露的煤层来看，煤厚度普遍为0.8-2.3，煤厚变化大赋存极不稳定，通过该支架在采场支护得出的参数，对选择更加合适的支架，服务后两个盘区极为重要。