综放工作面加长对支护强度影响分析

刘俊峰

(天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013)

开采与设计

综放工作面加长对支护强度影响分析

刘俊峰

(天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013)

以某综放工作面为例,通过研究工作面加长与压力显现的关系,分析工作面不同长度所需支架工作阻力范围,得出现有 ZF3300/17/28型放顶煤液压支架可满足综放工作面由 140m增加到180m的结论。

工作面加长;支护强度;液压支架;综放工作面

近年来,随着各地中小煤矿升级改造以及采掘接替等问题的提出,加长工作面成为提高工作面生产能力的选择方式之一。工作面加长后,出现了矿山压力显现增强、工作面设备能力不足等问题,研究现有支架能够适应的工作面长度成为一个迫切需要解决的难题。论文以山西某矿为例,分析工作面加长对支护强度的影响。

该矿现回采工作面长度 140m,采高 2.6m,放顶煤高度 3.6m,采放比 1.38,工作面巷道采用一进两回“E”型布置。运输巷 4m×2.8m,回风巷3.6m×2.8m,沿煤层底板布置。排瓦斯巷 3m× 2.2m,距离回风巷 12m内错沿煤层顶板布置。工作面采用 ZF3300/17/28型放顶煤液压支架。为了解决采掘接替紧张,劳动效率低等问题,需要增加工作面长度,同时为了节省投资,需要分析现有支架的工作阻力能够适应的工作面最大长度。

1 工作面加长对矿山压力的影响

通过对地质条件的分析可知,该矿工作面由140m增加到 180m,其对初次来压的影响主要有:顶煤来压步距基本不变,来压强度增加,来压范围增加,一方面有利于顶煤的破碎与放出,另一方面造成工作面带压时间增加,支护管理困难;基本顶的破断仍然为“X”型,在同样的顶板条件下,初次来压步距基本不变,来压强度增加[1-2]。

工作面初次来压后,基本顶呈现周期性断裂和弯曲[3-4]。工作面的加长,在矿山压力显现上表现为工作面支承压力峰值增加,其产生的影响为:工作面前方支承压力峰值增加和作用时间增加,导致前方煤体破碎程度增加,一方面利于顶煤破碎和冒放,但不利于工作面片帮的控制,另一方面前方煤体承载能力的降低,增加了工作面顶板下沉量,造成工作面来压强度增加;工作面长度由 140m增加到 200m,其来压步距没有发生明显变化。

2 工作面所需支护强度分析

通过数值模拟分析综放工作面由 80m增加到200m,顶板 (煤)的应力、应变和破坏分布可得如下结论:

(1)通过工作面后部的应力分布分析,可以看出基本顶的运动趋势和顶煤的破碎程度,从工作面后部最大 (图 1)、中间 (图 2)和最小主应力(图 3)的分布规律可知,随工作面长度的增加,各应力普遍呈增加状态,但工作面长度增加到160m后,增加趋势逐渐趋缓;最小主应力在工作面长度 120m时仍在最小值,说明该矿的工作面长度超过 160m时有利于顶煤的冒放。

图 1 不同工作面长度后部最大应力变化曲线

图 2 不同工作面长度后部中间应力变化曲线

图 3 不同工作面长度后部最小应力变化曲线

(2)通过工作面前部的应力分布分析,可以看出工作面支架的受力情况,从工作面前部最大、最小和中间主应力的分布规律可知,随工作面长度的增加,各应力普遍呈增加状态,尤其是反映工作面正压力的最大主应力,在工作面超过 160m时增加迅速。如图 4、图 5和图 6所示。

图 4 不同工作面长度前部最大应力变化曲线

图 5 不同工作面长度前部中间应力变化曲线

图 6 不同工作面长度前部最小应力变化曲线

(3)根据对工作面顶板应力的分析,同时考虑其他确定工作阻力的方法,确定该矿不同工作面长度所需的最小支架工作阻力见表 1,可知工作面长度增加为 160m,180m,200m时,较 140m工作面来压强度增加分别为 7%,10%和 17%。ZF3300/17/28液压支架使用的工作面长度不应超过180m。

表1 不同长度对应支架所需工作阻力

3 工作面巷道所需超前支护强度及范围

工作面长度的增加不但使工作面来压增加,对巷道超前支护同样具有明显影响,通过数值模拟得出不同工作面长度的巷道压力增加范围、峰值点距离及强度。

可知工作面巷道支承压力峰值随工作面长度的增加而增加 (图 7),工作面巷道支承压力峰值点出现的位置随工作面长度的增加变化不大,而工作面超前压力影响距离随工作面长度的增加而增加(图 8)。

图 7 工作面巷道超前压力峰值曲线

图 8 工作面巷道压力峰值点距离及影响距离

4 结论

(1)工作面长度增加导致工作面前方支承压力峰值的增加和作用时间的增加,前方煤体的破碎程度增加,一方面利于顶煤的破碎和冒放,但不利于工作面片帮的控制,另一方面前方煤体承载能力的降低,增加了工作面顶板的下沉量,造成工作面来压强度增加。

(2)该矿工作面长度增加为160m,180m, 200m时,较 140m工作面来压强度增加分别为7%,10%和 17%。ZF3300/17/28型液压支架使用的工作面长度不应超过 180m。

(3)工作面巷道支承压力峰值及影响距离随工作面长度增加而增加,其峰值点出现的位置随工作面长度的增加变化不大。

[1]缪协兴,罗善明,程宜康,等.超长综放工作面支架运转特性分析 [J].煤矿开采,2001,1(3):52-54.

[2]刘俊峰.综采工作面参数变化对矿山压力显现影响的研究[A].北京开采所研究生论文集——采矿工程学新论 [C].北京:煤炭工业出版社,2005.

[3]张喜武.综采加长工作面技术研究及实践 [J].煤炭科学技术,2007,35(8).

[4]赵宏珠,戴秋梁.加大综采工作面几何参数对大采高支护设备发展的新要求 [J].煤矿开采,2009,14(6):1-6.

[责任编辑:王兴库]

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

刘俊峰 (1976-),男,山西晋中人,博士,高级工程师,从事支架 -围岩关系及工作面设备总体配套研究工作。