临汾宏大锦程煤业工作面合理支护强度研究

摘要：宏大锦程煤业是同煤集团的新建矿井，缺乏原始的经验积累。文章结合理论知识，采用多种方法就工作面支架支护合理强度进行了计算，为宏大锦程煤业支架的合理选型提供了依据。

关键词：采煤工作面；大采高；液压支架；理论计算；支护强度 文献标识码：A

中图分类号：TD355 文章编号：1009-2374（2015）12-0165-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.082

工作面的合理支护强度是综采工作面岩层控制研究的核心内容之一。其目标就是使得工作顶板控制在经济合理的前提下达到良好的效果，满足工作面安全高效生产。对于普通采高工作面，合理支护强度确定的理论和方法基本成熟，但对于厚煤层大采高开采的支架支护强度确定仍在摸索阶段，而且往往是基于现场开采经验进行类比确定。

目前确定综采大采高工作面支架合理支护强度的方法主要有倍重系数确定法、实测统计法、顶板结构分析法、数值模拟法等。数值模拟法这里不再叙述，下面主要介绍其他几种求解方法，并对各个方法确定的合理支护强度进行验证分析。

1 大采高工作面合理支护强度的倍重系数法

倍重系数法主要是基于岩重进行估算，支架的合理工作阻力F应能承受控顶区内以及悬顶部分的全部直接顶岩重Q1，还要承受当基本顶来压时形成的附加载荷Q2。

可见，这种方法与利用4倍采高法计算的结果相同。实际过程中，由于本方法适用于综放开采，一般放煤高度要高于开采高度，因此，计算的数值会相对大些。也从侧面证明了利用4倍采高法和本法确定的合理支护强度可以作为支护强度的下限来作为参考。

3.2 按顶煤自重和平衡结构的作用力确定合理支架工作阻力

理论分析结果表明，煤体采出后工作面上覆岩层会形成一种平衡结构。该平衡结构一方面受到下覆煤岩体的影响，下覆不同的煤岩特性影响该平衡结构的位态；另一方面该平衡结构通过一定角度向其下覆的煤岩体进行重力传递。因此，支架的工作阻力就受到下覆顶煤及冒落顶板的静载和上覆平衡结构的动载作用，那么支架的合

理工作阻力就应包括顶煤重量和平衡结构的作用力。

增量系数s1有两方面的因素影响：一是顶板悬空长度或顶板跨落角；二是平衡结构主应力的传递方向角，传递角一般为50°～60°，而跨落角可根据实际情况

确定。

当似平衡结构不能形成时，就要考虑其对支架的传力作用，传力系数s2与跨落角及平衡结构的传力角有关，也与似平衡结构的形式有关。

如果考虑冒落带高度，根据相似模拟结果，h1取19.4m，h2取5m，s取1.1，s2取2，L取6m，b取1.75m。

合理支架工作阻力底限值应为：

F=W+F1=7136.22kN

则按照梁端距为0.34m，顶梁长度为5m，支架宽度为1.75m计算，此时的支护强度应为763.64kN/m2。

由于以上计算数值参考了相似模拟的相关数据，并且在计算过程中使用了支架的有关参数，使得计算结果与其他几种方法计算的结果明显不同，因此以上计算仅供参考。

当冒落带在垮落带高度范围内，冒落带至垮落带之间岩层应为似平衡结构区，如果考虑支护岩层厚度40m，工作面支

4 工作面合理支护强度分析

通过以上分析，采用FLAC3D数值模拟求得的合理支护强度为840kN/m2；采用倍重系数法求得的合理的支护强度范围在499.2～998.4kN/m2之间，均值为P=748.8kN/m2。采用实测统计法算定的支护强度为774.08kN/m2，采用顶板结构分析计算法算出的结果为499.2kN/m2，采用短砌体梁算出的结果为613.97kN/m2，采用顶煤自重和平衡结构的作用力确定合理支护强度为763.64～924.31kN/m2。

由以上计算结果可以看出，各种算法算出的结果有一定的出入，总体上而言，采用各种理论模型算出的支护强度值相对偏小，特别是采用顶板结构分析法和4倍采高时，计算时结果尤为偏小。实际开采过程中由于顶板的条件要比相关理论更加复杂，受力因素更多，变数更大，因此采用实测法得到的经验公式确定的数值相对而言更加安全，且实测法与倍重系数法得到的均值基本相同，可以作为下限值使用。综合考虑各种计算结果，最终取800kN/m2为宏大锦程煤业矿二采区1006工作面合理的支护强度底限。

在进行支架结构设计和支架支护方案设计时，要充分考虑底板比压情况和上述计算确定的支护强度。

5 结语

通过对1006工作面测得的相关数据进行验证，当支护强度为800kN/m2时，能够满足工作面的要求，首采工作面支架支护强度的确定为宏大锦程煤业高产高效创造了有利的条件，不仅节约了成本而且提高了全矿的经济效益，也为后续工作面支架选型提供了依据。

参考文献

[1] 岑传鸿.论采场支架的支、护、稳[J].矿山压力，1986，（2）.

[2] 钱鸣高，缪协兴，何富连.采场“砌体梁”结构的关键块分析[J].煤炭学报，1994，（6）.

作者简介：刘海全（1976-），太原理工大学在职研究生，大同煤矿集团临汾宏大锦程煤业技术科科长，注册安全工程师，工程师，硕士。

（责任编辑：王 波）