臨汾宏大錦程煤業(yè)工作面合理支護強度研究

摘要：宏大錦程煤業(yè)是同煤集團的新建礦井，缺乏原始的經(jīng)驗積累。文章結合理論知識，采用多種方法就工作面支架支護合理強度進行了計算，為宏大錦程煤業(yè)支架的合理選型提供了依據(jù)。

關鍵詞：采煤工作面；大采高；液壓支架；理論計算；支護強度 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD355 文章編號：1009-2374（2015）12-0165-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.082

工作面的合理支護強度是綜采工作面巖層控制研究的核心內(nèi)容之一。其目標就是使得工作頂板控制在經(jīng)濟合理的前提下達到良好的效果，滿足工作面安全高效生產(chǎn)。對于普通采高工作面，合理支護強度確定的理論和方法基本成熟，但對于厚煤層大采高開采的支架支護強度確定仍在摸索階段，而且往往是基于現(xiàn)場開采經(jīng)驗進行類比確定。

目前確定綜采大采高工作面支架合理支護強度的方法主要有倍重系數(shù)確定法、實測統(tǒng)計法、頂板結構分析法、數(shù)值模擬法等。數(shù)值模擬法這里不再敘述，下面主要介紹其他幾種求解方法，并對各個方法確定的合理支護強度進行驗證分析。

1 大采高工作面合理支護強度的倍重系數(shù)法

倍重系數(shù)法主要是基于巖重進行估算，支架的合理工作阻力F應能承受控頂區(qū)內(nèi)以及懸頂部分的全部直接頂巖重Q1，還要承受當基本頂來壓時形成的附加載荷Q2。

可見，這種方法與利用4倍采高法計算的結果相同。實際過程中，由于本方法適用于綜放開采，一般放煤高度要高于開采高度，因此，計算的數(shù)值會相對大些。也從側面證明了利用4倍采高法和本法確定的合理支護強度可以作為支護強度的下限來作為參考。

3.2 按頂煤自重和平衡結構的作用力確定合理支架工作阻力

理論分析結果表明，煤體采出后工作面上覆巖層會形成一種平衡結構。該平衡結構一方面受到下覆煤巖體的影響，下覆不同的煤巖特性影響該平衡結構的位態(tài)；另一方面該平衡結構通過一定角度向其下覆的煤巖體進行重力傳遞。因此，支架的工作阻力就受到下覆頂煤及冒落頂板的靜載和上覆平衡結構的動載作用，那么支架的合

理工作阻力就應包括頂煤重量和平衡結構的作用力。

增量系數(shù)s1有兩方面的因素影響：一是頂板懸空長度或頂板跨落角；二是平衡結構主應力的傳遞方向角，傳遞角一般為50°～60°，而跨落角可根據(jù)實際情況

確定。

當似平衡結構不能形成時，就要考慮其對支架的傳力作用，傳力系數(shù)s2與跨落角及平衡結構的傳力角有關，也與似平衡結構的形式有關。

如果考慮冒落帶高度，根據(jù)相似模擬結果，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應為：

F=W+F1=7136.22kN

則按照梁端距為0.34m，頂梁長度為5m，支架寬度為1.75m計算，此時的支護強度應為763.64kN/m2。

由于以上計算數(shù)值參考了相似模擬的相關數(shù)據(jù)，并且在計算過程中使用了支架的有關參數(shù)，使得計算結果與其他幾種方法計算的結果明顯不同，因此以上計算僅供參考。

當冒落帶在垮落帶高度范圍內(nèi)，冒落帶至垮落帶之間巖層應為似平衡結構區(qū)，如果考慮支護巖層厚度40m，工作面支

4 工作面合理支護強度分析

通過以上分析，采用FLAC3D數(shù)值模擬求得的合理支護強度為840kN/m2；采用倍重系數(shù)法求得的合理的支護強度范圍在499.2～998.4kN/m2之間，均值為P=748.8kN/m2。采用實測統(tǒng)計法算定的支護強度為774.08kN/m2，采用頂板結構分析計算法算出的結果為499.2kN/m2，采用短砌體梁算出的結果為613.97kN/m2，采用頂煤自重和平衡結構的作用力確定合理支護強度為763.64～924.31kN/m2。

由以上計算結果可以看出，各種算法算出的結果有一定的出入，總體上而言，采用各種理論模型算出的支護強度值相對偏小，特別是采用頂板結構分析法和4倍采高時，計算時結果尤為偏小。實際開采過程中由于頂板的條件要比相關理論更加復雜，受力因素更多，變數(shù)更大，因此采用實測法得到的經(jīng)驗公式確定的數(shù)值相對而言更加安全，且實測法與倍重系數(shù)法得到的均值基本相同，可以作為下限值使用。綜合考慮各種計算結果，最終取800kN/m2為宏大錦程煤業(yè)礦二采區(qū)1006工作面合理的支護強度底限。

在進行支架結構設計和支架支護方案設計時，要充分考慮底板比壓情況和上述計算確定的支護強度。

5 結語

通過對1006工作面測得的相關數(shù)據(jù)進行驗證，當支護強度為800kN/m2時，能夠滿足工作面的要求，首采工作面支架支護強度的確定為宏大錦程煤業(yè)高產(chǎn)高效創(chuàng)造了有利的條件，不僅節(jié)約了成本而且提高了全礦的經(jīng)濟效益，也為后續(xù)工作面支架選型提供了依據(jù)。

參考文獻

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[2] 錢鳴高，繆協(xié)興，何富連.采場“砌體梁”結構的關鍵塊分析[J].煤炭學報，1994，（6）.

作者簡介：劉海全（1976-），太原理工大學在職研究生，大同煤礦集團臨汾宏大錦程煤業(yè)技術科科長，注冊安全工程師，工程師，碩士。

（責任編輯：王 波）