10101综采工作面31545矿压观测报告.docx
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10101综采工作面31545矿压观测报告.docx
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10101综采工作面31545矿压观测报告
东区10-101综采工作面矿压规律
及支架适应性分析与评价
文件名称
RPAnalysis系统
部门
回坡底矿生产科
文件状态
[]草稿[√]正式发布[]正在修改
编制人
张文龙
编制日期
2012.4.11
审核人
审核日期
1工作面地质与开采技术条件
10-101工作面位于山西霍州煤电回坡底煤矿+556水平东一采区,工作面所采煤层为10#煤,该工作面走向长度695m,倾向长度250m,倾角2.5°-14o。
工作面采用长壁采煤法,属于单一走向长壁开采,采高2.6m,采煤方式为综采,顶板处理方式为垮落法。
工作面岩层柱状如图1所示。
图110-101工作面岩层柱状图
工作面采用液压支架支护,支架名称为两柱式,额定初撑力30Mpa,额定工作阻力43.8MPa,支护强度0.86MPa,支架数量170架。
2综采(放)工作面矿压观测数据及分析
2.110-101工作面需控岩层范围及分类(级)
(1)直接顶厚度
根据10-101工作面采高、顶板岩层柱状图中各岩层抗压强度
、厚度M、碎胀系数KA可判定该工作面直接顶厚度为3.7m,组成直接顶的岩层层数2。
(2)基本顶厚度
根据10-101工作面采高、顶板岩层柱状图中各岩层抗压强度
、厚度M可判定该工作面基本顶厚度为14m,组成基本顶的岩层层数2。
(3)直接顶分类
根据直接顶强度指数和初次来压步距,该工作面直接顶属于1类直接顶。
(4)基本顶分级
根据基本顶初次来压当量,该工作面基本顶属于Ⅰ级基本顶。
2.210-101工作面顶板运动规律分析
观测日期从2012年03月15日到2012年04月05日,期间工作面推进距离m累计推进距离共411.4m,各个液压支架整架工作阻力如图(横坐标为:
①工作面距开切眼距离m或至观测点距离m,②观测日期;纵坐标为:
以初撑力、循环末阻力、时间加权平均阻力为纵坐标,单位MPa)所示:
(1)顶板来压步距判断
10-101工作面顶板来压步距如表1所示。
表1工作面顶板来压步距统计表
来压性质与次序
支架编号
来压步距
动压系数(按循环末阻力计算)
来压时间
与上次来压间隔时间/d
来压步距/m
间隔时间
平均值
来压步距
平均值
动压系数
平均值
基本顶第1次周期来压
33
2012-03-20
4
3.5
9.6
8.27
1.04
1.04
45
2012-03-26
3
7.2
1.05
57
2012-03-21
2
4.8
1.05
69
2012-03-20
3
7.2
1.03
81
2012-04-02
3
5.6
1.03
93
2012-03-25
8
19.2
1.03
105
2012-03-25
4
9.6
1.03
117
2012-03-21
5
12
1.05
129
2012-03-19
2
4.8
1.05
141
2012-03-19
2
4.8
1.01
153
2012-03-20
4
9.6
1.03
165
2012-03-21
2
4.8
1.03
基本顶第2次周期来压
33
2012-03-23
3
5.09
7.2
11.78
1.04
1.04
45
1.05
57
2012-03-24
3
7.2
1.05
69
2012-03-23
3
7.2
1.03
81
2012-04-04
2
3.2
1.03
93
2012-03-29
4
9.6
1.03
105
2012-03-29
4
9.6
1.03
117
2012-03-25
4
9.6
1.05
129
2012-03-21
2
4.8
1.05
141
2012-03-25
6
14.4
1.01
153
2012-03-31
11
26.4
1.03
165
2012-04-04
14
30.4
1.03
基本顶第3次周期来压
33
2012-03-29
6
3.43
14.4
7.77
1.04
1.04
45
1.05
57
2012-03-26
2
4.8
1.05
69
2012-03-26
3
7.2
1.03
81
1.03
93
1.03
105
1.03
117
2012-03-27
2
4.8
1.05
129
2012-03-23
2
4.8
1.05
141
2012-03-30
5
12
1.01
153
2012-04-04
4
6.4
1.03
165
1.03
基本顶第4次周期来压
33
3.2
7.04
1.04
1.04
45
1.05
57
2012-03-29
3
7.2
1.05
69
2012-03-29
3
7.2
1.03
81
1.03
93
1.03
105
1.03
117
2012-03-29
2
4.8
1.05
129
2012-03-26
3
7.2
1.05
141
2012-04-04
5
8.8
1.01
153
1.03
165
1.03
基本顶第5次周期来压
33
3.5
7.2
1.04
1.04
45
1.05
57
2012-04-01
3
6.4
1.05
69
2012-04-02
4
8
1.03
81
1.03
93
1.03
105
1.03
117
1.05
129
1.05
141
1.01
153
1.03
165
1.03
平均
无
无
3.74
无
8.41
无
1.04
根据液压支架工作阻力监测数据和顶板岩层强度,工作面直接顶初次垮落步距为4.55m;直接顶悬顶距为0m。
直接顶的垮落方式为第1、2层同时垮落。
10-101工作面基本顶初次来压步距为23.825m,上端头基本顶初次来压步距平均为29.45m,中部基本顶初次来压步距平均为22.625m,下端头基本顶初次来压步距平均为19.4m。
整个工作面基本顶周期来压步距最大为30.4m,最小为3.20m,平均9.53m,平均4天来压一次;工作面上端头周期来压步距最大为30.4m,最小为4.8m,平均11.78m,中部周期来压步距最大为19.2m,最小为3.2m,平均9.05m,下端头周期来压步距最大为14.4m,最小为4.8m,平均7.76m。
(2)基本顶来压强度
动压系数反映了基本顶来压强度的大小,根据液压支架工作阻力监测数据,10-101工作面动压系数为1.04,来压强度缓和。
注:
来压强度缓和(动压系数在1~1.3之间),来压强度较强(动压系数在1.3~1.7之间),来压强度剧烈(动压系数大于1.7)
3支架支护阻力及支护强度的评价
3.1支架合理支护强度计算值
根据10-101工作面基本顶破断结构特征,该工作面支架合理支护强度值为401.11KN/m2;该工作面支架满足要求。
3.2支架工作阻力评价
根据液压支架支护阻力监测结果,对该采煤工作面所用的支架支护阻力及其强度进行评价。
①支架初撑力评价
10-101采煤工作面支架初撑力如表2所示,初撑力实测值分布区间图如图2所示。
表210-101采煤工作面支架初撑力
项目
形式
柱别
支架编号
支护阻力/MPa
最大值
最小值
平均值
初撑力P0
单柱
左柱
33
32.4
4.2
28.3
45
33.3
16.6
28.25
57
33.6
9.1
27.71
69
33.3
2.8
26.27
81
32.9
7.2
25.19
93
32.4
4.7
25.6
105
32.1
3
26.35
117
33.3
14.1
27.91
129
32.4
2.8
26.52
141
33.8
11
26.7
153
32.4
4.2
26.83
165
33.3
8.9
24.32
右柱
33
32.4
5.1
28.12
45
33.1
3.2
26.98
57
34.7
10.3
28.91
69
33.8
6.1
28.13
81
32.6
7.7
25.57
93
33.6
7.2
26.84
105
31.9
7.2
26.36
117
32.4
3.5
27.06
129
32.4
8.6
27.54
141
34.7
10.5
27.22
153
31.9
2.8
26.71
165
33.3
9.1
24.59
平均值
整架
33
32.4
4.65
28.21
45
33.2
15.45
27.62
57
34.15
9.7
28.31
69
33.55
5.5
27.2
81
32.75
7.45
25.38
93
33
6.3
26.22
105
31.9
6.9
26.36
117
32.65
14.15
27.48
129
32.4
8.85
27.03
141
34.25
10.75
26.96
153
31.9
3.5
26.77
165
33.3
9
24.46
平均值
32.4
28.21
图2初撑力实测值分布区间图
对于整架来讲,初撑力平均值为26.83MPa,初撑力平均值与额定初撑力的比值为89.44%;最大初撑力为32.95MPa,初撑力最大值与额定初撑力的比值为109.85%,且初撑力最大值占整个支护阻力区间的0.92%。
由此可见,支架初撑力偏高。
②支架循环末工作阻力评价
10-101采煤工作面循环末工作阻力如表3所示,循环末工作阻力实测值分布区间图如图3所示。
表310-101采煤工作面支架循环末工作阻力
项目
形式
柱别
支架编号
支护阻力/MPa
最大值
最小值
平均值
循环末工作阻力Pm
单柱
左柱
33
49.8
12.4
36.54
45
40.8
16.6
35.72
57
43
9.4
35.78
69
59.9
2.8
34.19
81
44.6
3.9
31.61
93
48.8
5.4
31.74
105
47.9
3
33.59
117
47.2
15
36.67
129
45.5
2.8
33.27
141
45.1
11
33.71
153
39.4
4.2
31.71
165
36.1
11
26.38
右柱
33
42.7
13.8
35.02
45
43.2
3.7
34.51
57
41.8
10.5
36.61
69
50.2
8.2
37.16
81
46.7
6.3
32.56
93
46.5
7.2
34.95
105
46
7.2
32.89
117
47.9
3.2
35.61
129
47.4
8.9
34.33
141
45.5
10.8
34.49
153
39.4
3.2
30.99
165
36.4
11
26.63
平均值
整架
33
46.45
13.1
36.04
45
41.9
16.6
35.29
57
41.8
9.95
36.45
69
50.5
7.15
36.09
81
45.65
7.7
32.2
93
47.4
6.3
33.39
105
47
6.9
33.45
117
47.3
14.15
36.3
129
47
9
34.07
141
45.1
10.9
34.15
153
39.4
3.7
31.56
165
36.25
11
26.74
平均值
46.45
36.04
图3循环末工作阻力实测值分区区间图
对于整架来讲,循环末工作阻力平均值为33.81Mpa,循环末工作阻力平均值与额定工作阻力的比值为77.19%;最大循环末工作阻力为33.81MPa,循环末工作阻力最大值与额定工作阻力的比值为101.93%,且循环末工作阻力最大值占整个支护阻力区间的3.68%,由此可见,在此工作面型号支架是完全适合支撑顶板的。
③时间加权平均工作阻力评价
10-101采煤工作面时间加权平均工作阻力如表XX所示,时间加权平均工作阻力实测值分布区间图如图4所示。
表410-101采煤工作面支架时间加权平均工作阻力
项目
形式
柱别
支架编号
支护阻力/MPa
最大值
最小值
平均值
时间加权平均工作阻力Pt
单柱
左柱
33
43.85
0
29.12
45
34.69
11.07
30.19
57
37.49
0
29.03
69
55.9
0
29
81
38.25
0
25.11
93
36.02
0
26.44
105
40.92
0
28.22
117
37.84
0
29.82
129
41.56
0
27.25
141
34.45
0
26.72
153
35.64
0
25.56
165
32.34
0
21.26
右柱
33
39.28
0
28.66
45
37.82
2.73
28.72
57
38.53
0
30.14
69
43.16
0
29.97
81
40.78
0
25.69
93
42.74
0
28.96
105
42.7
0
27.73
117
41.4
0
29.27
129
39.81
0
27.69
141
41.5
0
27.36
153
35.84
0
25.1
165
32.55
0
21.47
平均值
整架
33
41.52
0
28.89
45
37.42
11.02
29.46
57
38
0
29.58
69
43.26
0
29.48
81
39.58
0
25.39
93
41.98
0
27.7
105
43.14
0
27.97
117
41.12
0
29.54
129
40.67
0
27.44
141
41.45
0
27.04
153
35.73
0
25.33
165
32.44
0
21.35
平均值
41.52
28.89
图4时间加权平均阻力实测值分布区间
对于整架来讲,时间加权平均工作阻力平均值为27.43MPa,时间加权平均工作阻力平均值与额定工作阻力的比值为62.63%;最大时间加权平均工作阻力为39.69MPa,时间加权平均工作阻力最大值与额定工作阻力的比值为90.62%,且循环末工作阻力最大值占整个支护阻力区间的0%,由此可见,在此工作面两柱式型号支架支撑顶板是适合的
4工作面支架选型
4.1支架选型原则
Ⅰ1-2、Ⅱ1-2顶板对支架设计的要求
(1,2代表1、2类直接顶,Ⅰ、Ⅱ代表Ⅰ、Ⅱ级基本顶)
•利用较高初撑力,提高支架支撑效率,确保工作面顶板移架后早期移近量小,移近速度低,以提高梁端距空顶处顶板稳定性。
•利用四连杆机构,控制端面顶板,选取双扭线最佳段为支架工作范围,确保工作面端面附近支架有较强的控制能力。
•利用伸缩梁或可旋转180°的挑梁,在移架前、采煤后及时支护刚刚暴露的梁前顶板,减少顶板早期破坏。
•利用顶梁侧护板等护顶装置,提高支架对顶板的封闭程度,以此提高支架的护顶能力,防止破碎岩块窜入回采空间影响生产,威胁人和设备的安全。
•利用防片帮装置,减少片帮深度和面积,从而提高煤壁的稳定性。
•利用完善的挡矸装置,防止采空区破碎岩块窜入回采空间,确保顺利移架。
•利用邻家操作,保证移架工人的安全;利用灵活、快速的操作阀,保证快速移架,以免因移架引起顶底板移近量过大,使顶板难以控制。
总之,1、2类直接顶和Ⅰ、Ⅱ级基本顶综采面具有基本顶来压步距小而稳定,强度缓和,支护阻力小而分布均匀,直接顶特别是端面不稳定,受移架影响严重等矿压特点。
要求支架初撑力搞,控制端面顶板能力强,及时支护,护顶能力强,挡矸、护帮装置齐全,能快速邻架操作移架。
Ⅰ3-4、Ⅱ3-4顶板对支架设计的要求
(注:
Ⅲ、Ⅳ代表Ⅲ、Ⅳ级基本顶,3、4代表3、4类直接顶)
•利用较大支撑能力,并使后柱阻力高于前柱,确保支架具有足够的切顶能力,能有效地对付强烈的基本顶来压。
•利用四连杆机构,增强抵抗水平推理的能力,防止支护毁坏。
•利用连杆机构,使支架尽量减少梁端距。
•利用掩护梁挡好采空区矸石,防止矸石窜入支护工作空间;利用侧护板,防止架间窜矸漏矸。
•利用大流量安全阀,确保支架受冲击载荷时少受损坏。
•总之,Ⅰ3·4、Ⅱ3·4顶板综采工作面具有基本顶来压步距大、强度高,支护阻力大而分布不均,直接顶稳定,支架易损坏等矿压特点。
要求支架具有支撑能力大、抗水平推力强、切顶性能好、支架安全阀流量大等性能。
大采高工作面对支架设计的要求
为了保证大采高支架在移架时体运动的稳定性,掩护梁所受的垮落矸石水平推力要大于移架时顶梁及掩护梁侧护板所受到的摩擦阻力,以保证移架过程中架体上部不出现滞后现象。
此外,支架在平时掩护梁的推力可使架体受到一个指向煤壁的水平推理,以阻止顶板向采空区方向变形移动。
由此推算,当采高为4~4.5m时,掩护梁倾角应为60°~65°,这足以保证移架过程中掩护梁上矸石能沿梁体下滑的掩护梁最小倾角为17°~19°。
两柱掩护支架的上柱窝位置对顶梁前端部的承载能力影响很大,从而也是影响端面冒落度的重要参数。
虽然将上柱窝前移有利于增加梁端承载能力,但却易使平衡千斤顶受力过大而损坏,故在直接顶属不稳定或中等稳定条件下,顶梁柱在支柱前后长度比,应为1~1.5,使梁前端部有700~800kN/m2的支护强度。
平衡千斤顶应有足够的工作阻力及行程,应认真考虑支柱根数和布置。
当支架处于拉架状态时顶梁卸载而掩护梁受载,此时平衡千斤顶受拉。
如顶梁仰角过大,应操作千斤顶收回行程,提起掩护梁,使支架在下一循环开始时能恢复良好的工作状态。
据此推算平衡千斤顶工作阻力在最大采高为3.5~3.5m时应为700~750kN。
当支架顶梁前端冒空,顶梁与掩护梁接近直线状的情况下,即使用工作阻力较大的双平衡千斤顶亦难以改变支架成正常状态,为此,应在掩护梁上设置具有足够强度的机械限位装置,在限位时千斤顶仍有25~30mm的行程。
4.2选择的支架
根据液压支架工作阻力监测数据,工作面可选用掩护式支架,型号为ZY7200/16.5/32两柱式,额定支护阻力为7200KN,支护强度0.87MPa。
5、数值模拟
(a)工作面开切眼状态示意图
(b)工作面推进4.17m处的状态示意图
—煤层
—工作面推进方向
—开切眼
—液压支架
—直接顶
—老顶
—老顶以上岩层
—采空区
(c)工作面推进8.34m处的状态示意图
(d)工作面推进12.51m处的状态示意图
(e)工作面推进16.68m处的状态示意图
—煤层
—工作面推进方向
—开切眼
—液压支架
—直接顶
—老顶
—老顶以上岩层
—采空区
(f)工作面推进20.85m处的状态示意图
(g)工作面推进25.02m处的状态示意图
(h)工作面推进29.19m处的状态示意图
—煤层
—工作面推进方向
—开切眼
—液压支架
—直接顶
—老顶
—老顶以上岩层
—采空区
L0—老顶初次来压步距;C—老顶周期来压步距
(i)工作面上方岩层运动规律示意图
说明:
煤层采高为h,直接顶和老顶厚度分别为(1.5~2)h和3h,开切眼宽4m。
当工作面上方直接顶硬度在中等硬度Ⅱ等级以下或属于较软岩层Ⅲ等级范围内。
工作面每推进4.55m时,煤层上方的直接顶开始垮落;从开切眼算起到工作面推至25m时,出现老顶初次来压;随后,工作面每推进10m左右,就出现老顶的周期的来压现象
6、主要结论
本次矿压监测选择在山西霍州煤电回坡底煤矿10-101综采工作面中进行。
通过对10-101工作面矿压监测,获得该工作面直接顶及基本顶厚度、类别,初次来压步距和周期来压步距,底板类别,并支架的适应性进行了分析,从而为煤矿安全生产提供了理论依据。
得出的主要结论如下:
(1)工作面直接顶由泥岩、9#煤等岩层组成,厚度约为3.7,属于1类直接顶;基本顶由K2灰岩、泥岩等岩层组成,厚度约为14,属于Ⅰ级基本顶。
(2)工作面直接顶初次垮落步距为3m~7m,悬顶距为0m,直接顶的垮落方式为第1、2层同时垮落;基本顶初次来压步距22m~26m,平均为23.825m,周期来压步距3.20m~30.4m,平均为9.53m,来压强度缓和。
(3)对于整架来讲,初撑力平均值为26.83MPa,初撑力平均值与额定初撑力的比值为89.44%;循环末工作阻力平均值为33.81MPa,循环末工作阻力平均值与额定工作阻力的比值为77.19%;时间加权平均工作阻力平均值为27.43MPa,时间加权平均工作阻力平均值与额定工作阻力的比值为62.63%;总体而言,在此工作面ZY7200/16.5/32型号支架是完全适合支撑顶板的。
(4)该工作面支架合理支护强度值为401.11KN/m2;该工作面支架满足要求。
工作面可选用掩护式支架,型号为ZY7200/16.5/32,额定支护阻力为7200KN,支护强度0.87MPa。
(5)根据中华人民共和国煤炭行业标准《缓倾斜煤层采煤工作面底板分类》技术规范要求,对于工作面底板参考有关指标进行分类,该工作面属于第类底板。
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