3综放工作面矿山压力控制技术

4、己16-17—22080综放面支架参数确定4.1综放采场围岩介质属性及控制特点由于放顶煤开采工作面沿煤层底板布置，采场支架直接支护的顶煤介质属性处于不断变化中，由连续体、裂隙体，过渡到似散体，因而给采场围岩的控制带来了困难。针对不同的煤层顶板条件以及顶煤介质属性的变化，采取相应的控制措施是综放采场矿山压力研究的重要内容之一。受采动影响前，宏观上可将煤岩体视为连续介质。当工作面前方支承压力超过煤体的强度极限时煤体破坏，出现大量的采动裂隙。由于综放工作面采高增大，直接顶冒落高度增大，促使顶煤向采空区整体移动，使顶煤及直接顶中的裂隙进一步发育，这就使得综放采场顶煤及直接顶的完整性降低。控顶距范围内，顶煤在顶板压力及支架支承力反复作用下，继续发生破坏，直到垮落后成散体为止。由此可见，顶煤从连续介质块体介质散体介质的转化过程是一个受采动影响后，受力状态、覆岩运动、支架支撑等因素控制的渐进发展过程，顶煤最终能否从放煤口顺利放出，则取决于这一转化过程是否完成以及达到的程度和范围。不同介质的顶煤对支架具有不同的载荷作用，为了有效的控制顶煤，综放支架的结构和力学性能应适应顶煤介质的改变及其载荷变化特征。当支架上方的顶煤处于块体状态时，支架应具有较大的工作阻力，以加强对后部顶煤的破碎作用；而当支架上方的顶煤处于散体状态时，支架应具有较高的初撑力，以控制顶煤的早期下沉。维护顶煤的端面完整。以上分析可以看出，综放支架必须是有初撑力高，而工作面阻力大的特点。4.2工作面支架参数确定4.2.1支架的高度己16-17—22080综放试验面，煤层厚度为一般为4～6m，平均5.5m，工作面平均采高为2.5m时，工作面采放比为0.61.4，和理论上的最佳采放比相适应，考虑地质构造的变化，取工作面采高2.6m，则支架的最大支承高度为2.8m，支架运输高度取为1.7m。4.2.2工作阻力的确定首先根据己16-17煤层顶板情况计算支架额定支护强度Ps：Ps=72.3hm+4.5Lp+78.9Bc-10.24N-62.1式中：Ps——支护强度KN/m2hm——采高，取2.6mLp——基本顶周期来压步距，暂取20mBc——控顶距，取3.8mN——充填系数N=hi/hh——煤层厚度，取6mhi——直接顶厚度，取7m则：Ps=72.3×2.6+4.5×20+78.9×3.8-10.2×7/6-62.1≈504KN/m2对于放顶煤工作面，四柱支掩式放顶煤支架前后立柱受力不均匀，据统计，前后柱平均工作阻力相差15%左右，因而设计支架时应考虑不均匀系数，取1.15，所以取支护强度P=1.15×504=580kN/m2。根据额定支护强度确定支架合理工作阻力Q：Q=Ps×b×(Bc+B)/Ks式中：Q——支架工作阻力，kNb——支架宽度，取1.5mB——移架步距，0.6mKs——支架支撑效率，取0.95则：Q=580×1.5×(3.8+0.6)/0.95=4029kN根据以上计算，取支架额定工作阻力为4000kN。4.3工作面支架性能的初步判断4.3.1工作面支架参数根据上述初步计算，己16-17-22080工作面选用ZF4000/17/28放顶煤支架，基本满足要求，其主要技术参数见表4-1。表3-1ZF4000/17/28放顶煤支架主要技术参数支架型式：四柱支撑掩护式正四连杆低位放顶煤支架高度：（最低/最高）1700/2800mm宽度：（最小/最大）1430/1600mm中心距：1500mm初撑力：(P=31.4MPa)3200kN工作阻力：(P=35.2MPa)4000kN对底板比压：（前端值）≤1.1MPa支护强度：0.67～0.71MPa泵站压力：31.4MPa前立柱（后立柱）型式：单伸缩缸径：200(180)mm杆径：185(170)mm工作阻力：(P=35.2MPa)1100(900)kN行程：1100mm推移千斤顶型式：普通双作用缸径：160mm杆径：85mm推力/拉力:179/453kN行程：700mm尾梁千斤顶缸径：140mm杆径：85mm初撑力：483kN工作阻力：(P=35.2MPa)542kN行程：430mm伸缩梁千斤顶缸径：80mm杆径：45mm推力：158mm拉力：108mm行程：900mm侧推千斤顶缸径：63mm杆径：45mm推力：98kN收力：48kN行程：170mm拉后溜千斤顶缸径：100mm杆径：70mm推力：247kN收力：126kN行程：800mm插板千斤顶缸径：80mm杆径：45mm推力：158kN收力：108kN行程：550mm调架千斤顶缸径：100mm杆径：60mm推力：247kN收力：158kN行程：315/400mm3.3.2端头支护设计1)顶板压力P的确定P=K/bγ/tgφ式中：P——顶板压力，t/m2K/——压力系数，取1.3b——巷道宽度，取3.2mγ——岩石容重，t/m3φ——岩石内摩擦角，度则P=1.3×3.2×2.5/tg71°34/=4.16t/m22)柱距的确定：L柱=P//(RL排P)式中：P/——立柱工作阻力，取6.5t；R——巷宽修正系数，取1.2；L排——立柱排距，取0.6m则L柱=651.20.64.16=2.17m(取1.6)3)支柱密度N的确定:N=111.040.61.6LL排柱＝＝棵/m24)端头支柱数量n的确定n=NmL式中：m——端头宽，3.2m；L——端头长，5m；则n=1.04×3.2×5=16.6棵（取17棵）因此，支护形式选L排＝0.6m,L柱=1.6m能够满足要求。机头机尾三角区各用二根3.6m花边工字钢配合单体柱沿走向支护，花边工字钢梁一端担在支架上，搭接长度0.3～0.4m，另一端用两根单体柱支护，该花边梁随着支架向前移动。机头、机尾三架要坚持使用好伸缩梁，梁始终顶住煤壁，防止三角区空顶面积大而冒顶。