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注：Sc——單向抗壓強(qiáng)度，MPa；St——單向抗拉強(qiáng)度，MPa
1.3 頂板構(gòu)成及運(yùn)動(dòng)規(guī)律
1.3.1 直接頂特征
直接頂?shù)臉?gòu)成分析如下：
(1)利用冒高公式MZ=h/(KA-1)推算．上覆直接頂松軟，易冒落，KA取1.3，h為采高4.0 m，
代入得MZ=13.3m；
(2) 利用直接頂初次來壓時(shí)頂板壓力推算
式中：Q——頂板冒落時(shí)壓力，2 373.1 kN/架； rZ——直接頂容重，26 kN/m3；
LOZ——直接頂初垮前懸跨度，10 m； B——支架中心距，1.5 m．
得到MZ=12.41m．綜合(1)、(2)結(jié)果，對(duì)照2201面頂?shù)装逯鶢顖D，直接頂組成如下：12.04 m(1號(hào)層)含油頁(yè)巖；0.66 m(2號(hào)層)油2下層．直接頂總厚度MZ=12.04+0.66=12.70m．
直接頂運(yùn)動(dòng)特征：初垮步距10.0 m，周期來壓階段直接頂及時(shí)冒落．
1.3.2 老頂特征
老頂構(gòu)成分析如下：用老頂初次來壓時(shí)頂板壓力推算，考慮老頂來壓時(shí)支架阻力由直接頂全部巖重及老頂巖梁斷裂中部拉開后支架側(cè)巖石重的二分之一組成，則老頂厚度計(jì)算公式為
式中：PT——初次來壓時(shí)循環(huán)末支護(hù)強(qiáng)度， LK——控頂距，3.525 m；
604.9 kN/m2； rE——老頂容重，26 kN/m3；
A——直接頂壓力， LOE——老頂初次來壓懸跨度18.18 m．
A=MZ.rZ=323.6kN/m2；
對(duì)照?qǐng)D1頂板結(jié)構(gòu)知，老頂由第3、4、5、6、7、8、9共7層巖層組成，總厚ME=8.56m．
老頂運(yùn)動(dòng)特征：初次來壓步距18.18 m，周期來壓步距7.1 m．
1.4 頂板壓力的變化規(guī)律
1.4.1 頂板壓力的周期性
直接頂初次來壓時(shí)頂板壓力增加不明顯．表2是老頂運(yùn)動(dòng)階段頂板壓力(與支架工作阻力數(shù)值相等)統(tǒng)計(jì)值．老頂初次來壓動(dòng)載系數(shù)KD較周期來壓時(shí)大，周期來壓時(shí)頂板壓力增量不大．
表2 老頂來壓時(shí)刻頂板壓力顯現(xiàn)
| 老頂來壓 |
初撐力P0/(kN.架-1) |
時(shí)間加權(quán)阻力Pt/(kN.架-1) |
循環(huán)末阻力Px/(kN.架-1) |
| 特 性 |
來壓前 |
來壓時(shí) |
動(dòng)載系數(shù)KD |
來壓前 |
來壓時(shí) |
動(dòng)載系數(shù)KD |
來壓前 |
來壓時(shí) |
動(dòng)載系數(shù)KD |
初次壓
周期壓 |
2 438.4
2 465 |
3 198
2 860 |
1.31
1.160 |
2 579.9
2 365 |
3 201.1
2 882 |
1.24
1.22 |
2 558.4
2 464 |
3 201.7
3 154 |
1.25
1.28 |
1.4.2 推進(jìn)速度與工作面頂板壓力的關(guān)系
在地表充分移動(dòng)后，支架的工作阻力隨推進(jìn)速度的變化而顯著變化．從兩方面分析：
(1)循環(huán)時(shí)間與增阻速度的關(guān)系：總趨勢(shì)是隨工作面推進(jìn)速度的加快，支架增阻速度增大．
(2)循環(huán)時(shí)間與增阻量的關(guān)系：表3為31號(hào)架增阻量與循環(huán)時(shí)間的關(guān)系．
由表3知，隨循環(huán)時(shí)間的加長(zhǎng)，工作阻力呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但此刻的壓力增量導(dǎo)致的最終循環(huán)末工作阻力，并沒有超出已知工作面直接頂(12.7 m)、老頂(8.6 m)作用的礦壓顯現(xiàn)．
根據(jù)地表充分移動(dòng)前后頂板壓力與推進(jìn)速度的關(guān)系可知，在試采面頂板構(gòu)成條件下，頂板壓力的最大值是有限的，反映頂板的構(gòu)成是基本穩(wěn)定的．
表3 支架阻力增阻量與循環(huán)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系 |
| 循環(huán)時(shí)間/h |
初撐力/(kN.架-1) |
循環(huán)末阻力/(kN.架-1) |
增阻量/(kN.架-1) |
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0 |
1 642.2
1 623.5
1 373.7
1 572.8
1 484.3
1 874.8
1 622.7
1 324.4
1 306.8 |
1 806.4
2 029.7
1 980.6
2 398.3
2 020.9
2 567.3
2 315.3
1 846
2 008 |
164.2
406.2
606.9
825.5
536.6
892.5
692.6
521.6
701.2 |
2 圍巖控制技術(shù)及效果
2.1 對(duì)頂板的控制
(1)提供強(qiáng)大的支架初撐力抵抗頂板作用力．按照本工作面直接頂厚度12.7 m、老頂8.56 m、老頂周期來壓步距7.1 m計(jì)算，老頂來壓前、來壓時(shí)頂板壓力分別為323.6 kN/m2、547 kN/m2．由表2可知，老頂周期來壓前、來壓時(shí)支架初撐力分別為2 465 kN/架、2 860 kN/架，即466.2 kN/m2、540.9 kN/m2．由此可知，支架實(shí)際初撐力可以抵抗頂板的壓力，避免了較大的下沉量而導(dǎo)致頂板破碎加劇．
(2)支架護(hù)頂及時(shí)頂板破碎度很�。Ъ転槭状问褂�，支架前梁伸縮有力及時(shí)，前端支撐能力大，護(hù)頂效果明顯．實(shí)測(cè)表明，除上下端頭局部頂板冒落外，其余部位頂板冒落次數(shù)少，平均端面頂板破碎度幾乎為零．
2.2 煤壁片幫的控制
(1)確定合理的采高．支架允許采高2.3～4.2 m．通過實(shí)測(cè)片幫深度c與采高h(yuǎn)之間的回歸分析得到兩者的定量關(guān)系式(c=21.38ln h-17.97, r=0.72,c為片幫深度，cm；h為采高，m．)并據(jù)此對(duì)比分析知，當(dāng)采高h(yuǎn)=3.3～3.85 m時(shí)，片幫深度c隨采高h(yuǎn)增大而增大，h大于3.85 m后片幫深度變化不大而c趨于穩(wěn)定，故確定合理采高應(yīng)大于3.85 m．根據(jù)支架工作的具體情況，最終確定采高h(yuǎn)=4.0～4.1m，能保證片幫深度較小且易于控制．
(2)片幫深度較小的原因．實(shí)測(cè)片幫深度最大125 mm，平均99.7 mm，無周期性，不影響正常生產(chǎn)．其原因如下：① 頂板、煤層、底板互為依存的圍巖體系中，煤體強(qiáng)度最高，煤體受到超前破壞較輕，片幫深度��；② 煤層含2～8層總厚0.3～0.5 m的夾矸，夾矸如骨架一樣增強(qiáng)煤壁抗片幫能力；③ 煤層垂直節(jié)理發(fā)育，且與煤壁高角度相交，不易產(chǎn)生煤壁片幫；④ 生產(chǎn)過程中防片幫措施得力，如頂板初壓、長(zhǎng)時(shí)間停采時(shí)提前采取打護(hù)幫柱等措施；⑤ 支架設(shè)有一級(jí)、二級(jí)護(hù)幫裝置及時(shí)護(hù)幫．
2.3 預(yù)防支架插底
2.3.1 支架設(shè)計(jì)對(duì)底板比壓較小
生產(chǎn)過程中對(duì)兩種底板比壓進(jìn)行了測(cè)試，其中：泥巖和泥砂巖底板暴露8 h以上時(shí)，允許比壓大于1.68 MPa和4.8 MPa；泥巖潮解24 h時(shí)，允許比壓為0.96 MPa．而支架設(shè)計(jì)對(duì)底板比壓最大為1.1 MPa，平均0.9 MPa，由此可知，本面底板不潮解時(shí)能夠滿足支架對(duì)底板比壓的要求，不會(huì)發(fā)生插底情況．
2.3.2 保證底板比壓較大的措施
避免工作面出現(xiàn)底板潮解軟化是控制支架插底的重要措施．主要有下列幾點(diǎn)：
(1)留適量底煤．由于煤層較底板強(qiáng)度大，不易軟化潮解，開采過程中留20 cm厚的底煤有效地保護(hù)了底板，使之不暴露和潮解；
(2)試采設(shè)備所用冷卻水鋪設(shè)專用管路排至工作面外；
(3)防火、注漿用水在下順槽分段建水池并及時(shí)抽出巷道外．
通過上述綜合治理，全面清除了支架插底的現(xiàn)象，保證了工作面順利前進(jìn)．
3 結(jié) 語(yǔ)
通過礦壓觀測(cè)及有關(guān)研究，以及保證支架的合理初撐力及有關(guān)綜合措施，對(duì)三軟條件下圍巖的變形破壞進(jìn)行了有效的控制，保證了試采面的正常推進(jìn)，達(dá)到日產(chǎn)8萬t以上的回采效果．
來源：焦作工學(xué)院學(xué)報(bào) |
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