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急倾斜极软厚煤层走向长壁综放开采技术研究

发布时间:2019-12-06 13:48
【摘要】:以峰峰集团山西大远煤业1201急倾斜工作面为背景,系统研究了急倾斜厚煤层走向长壁综放开采的基本问题,指出支架的合理设计是该类煤层成功开采的首要条件,支架设计要充分考虑急倾斜厚煤层综放开采的顶板活动规律,以工作面上部顶板的冲击载荷确定支架的工作阻力。同时急倾斜支架要有足够的抗侧向挤压能力,结合工作面采放工艺确定侧护板的抗挤压能力。急倾斜厚煤层综放开采的顶煤放出体与煤岩分界面具有明显的不对称性。结合顶煤放出规律、支架稳定性等综合确定采放工艺,提出"下行动态分段、段内上行放煤"的采放工艺,适用于急倾斜厚煤层走向长壁综放开采,可最大限度地减少采放过程中对支架的不利影响,并可获得较高的顶煤采出率。工作面安装前需对软弱底板进行加固。
【图文】:

剖面图,切眼,工作面,剖面


,地层形态为北西倾向,地层倾角平均53°,最大62°。煤层、顶板、底板硬度系数小,属于典型的“三软”煤层。试验的1201工作面位于井田浅部,埋藏深度242.6~195.6m,煤层厚度6~8m,平均6.8m,煤层硬度系数0.3。直接顶为灰色、层理发育的粉砂岩,厚度8m,硬度系数f=4~6.14。基本顶为中砂岩(俗称K3砂岩),以浅灰~灰白色中粒砂岩为主,局部为细砂岩,钙质或泥质胶结,厚度5m,硬度系数f=6.31。直接底为粉砂岩、煤与炭质泥岩互层等。1201工作面长80m,可采走向长度680m,工作面伪斜13°布置,工作面切眼布置见图1。图11201工作面切眼剖面Fig.1StartingcutsectionofPanel12012顶板运动规律及支架基本参数的确定2.1顶板运动基本规律急倾斜煤层走向长壁开采的显著特点之一是垮落的顶板会沿着煤层底板向下滑移,在采空区形成不均匀充填,如图2所示。图2的工作面顶板运动形态可以概括为图3,,在工作面下部密实充填、中部不均匀充填、上部无充填而形成空洞[5]。这种结果导致工作面支架受力不均匀,不同区域的支架与顶板作用关系不同。对于厚煤层的放顶煤开采,采出空间更大,工作面顶板垮落和充填的不均匀性更加明显,不合理的采放工艺会导致顶煤沿着支架的顶梁、掩护287

工作面顶板,破坏形态,基本顶,支架


煤炭学报2017年第42卷梁、煤层底板向下滑移,带动支架倾斜,更加恶化支架与围岩关系。根据急倾斜厚煤层走向长壁开采的顶板垮落和运动特点,工作面上部支架以承受基本顶垮落的动载冲击为主,工作面下部支架以承受顶煤和破碎顶板的下滑挤压和上部支架挤靠的静载为主。在进行支架选型计算时以上部动载冲击计算支架工作阻力,以下部静载挤压计算支架侧护板的抗挤压能力。图2工作面顶板破坏形态Fig.2Rooffailurepatternsoftheworkingface图3顶板垮落特征Fig.3Roofcavingcharacteristics2.2支架工作面阻力计算图3,4所示,按动载影响段计算支架载荷,基本顶破断后会形成“砌体梁”结构,随着工作面推进和基本顶破断岩块回转,基本顶结构会突然失稳[6-8],对工作面支架产生冲击,形成基本顶对支架的动载荷,动载荷P按式(1)计算[8]。P=G3+G1+K(G2+Lq-F)(1)式中,G3为支架上的顶煤自重,顶煤厚4.5m,体积力为0.014MN/m3;G1为直接顶自重,直接顶厚8m,体积力为0.026MN/m3;G2为基本顶岩块自重,基本顶厚5m,体积力为0.026MN/m3;L为周期来压步距,按17m计算;q为上覆岩层对基本顶作用的载荷集度,通过组合梁原理计算为0.189MPa[6];F为基本顶破断岩块之间的摩擦力,在此忽略不计;K为动载系数,根据直接顶垫层和基本顶性质确定,此处取1.6[8]。图4支架动载计算示意Fig.4Diagramofdynamicloadofsupportcalculation按式(1)计算结果,支架顶板载荷P为4250kN。实际设计支架的工作阻力为4800kN。2.3支架抗挤压能力计算理论上,只要保持支架与顶板有足够的相互作用力,每个支架都可以保持稳定,并不会对其下侧支架产生大的挤压力,而实际上很难每个支架都能保持自身?

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本文编号:2570406

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