梁北矿特厚煤层综采工作面矿压显现规律

梁北矿特厚煤层综采工作面矿压显现规律

1煤层顶顶条件梁北矿是双轩煤矿。主采的两个1级煤层为典型的“三软”煤层（上部软、下部软、下部软），埋深66070m。二1煤层赋存于二迭系下统山西组底部,煤层厚度0～10.79m,平均4.18m,一般3～6m。在梁北矿井田内具有东厚西薄的特点,其变化形式主要是煤层底板起伏较大。煤层硬度系数为f=0.15～0.25,全层松软,煤层结构简单。煤层倾角为8～15°,平均12°左右。煤层顶底板条件如下:(1)伪顶位于煤层之上,含1～2层炭质泥岩和黑色泥岩夹矸,厚度300mm左右。回采后随煤层同时脱落。(2)直接顶二1煤层直接顶主要是大占砂岩(B4),区内稳定,厚度0.49～36.29m,主要分布在虎头山断层以南、017勘探线以西及013勘探线一带,占井田面积66%,岩性为中～粗粒砂岩,岩石坚硬,f=8～10,节理裂隙不发育,岩体稳定性较好,起伏变化较小。其余直接顶为泥岩和砂泥岩互层,f=4～6,层理发育,岩体稳定性较差。中～粗粒砂岩抗压强度为75.40～102.90MPa,细粒砂岩抗压强度为43.8～62.1MPa。顶板在采动后随支架前移自动垮落。(3)底板多为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩或细砂岩、泥岩互层,岩体稳定性差,起伏变化大,抗压强度为17.30～30.6MPa,为不稳定底板。2两柱自适应模式根据梁北地质条件,两柱掩护式液压支架和四柱支撑掩护式液压支架都可以使用,但对大采高支架,两种支架各有优缺点。两柱掩护式液压支架由于具有结构及液压系统简单,操纵方便,降、移、升循环速度快,工作可靠,不存在前后排立柱升降不同步的憋卡现象等特点,所以被广泛应用在综采工作面。目前我国综采工作面中两柱掩护式支架使用率为40%左右。20世纪70年代中期以后,德国全力发展两柱掩护式液压支架,到90年代掩护式液压支架使用率达到62%以上。目前美国、澳大利亚综采工作面中使用的液压支架基本上为两柱掩护式。从国外先进采煤国家发展情况可以看出,两柱掩护式支架是综采工作面支护设备的发展方向,并可为煤炭企业带来更大的经济效益。两柱掩护式支架和四柱支撑掩护式支架对比有以下优点:(1)同等工作阻力,两柱掩护式支架支护强度高于四柱支撑掩护式支架;(2)同等支护强度,对于较破碎顶板,四柱支撑掩护式支架后柱容易出现不受力或受力减小,支架后部冒空情况,甚至出现后柱受拉的现象,导致支架实际支护强度降低,支护效果不好;对于两柱掩护式支架由于平衡千斤顶能够调节顶梁合力作用的位置,能较好地适应工作面顶板压力变化情况;(3)两柱掩护式支架比四柱支撑掩护式支架对煤层适应性强;(4)同等配套条件下,两柱掩护式支架的运输长度比四柱支撑掩护式支架短。根据地质条件和以上对比分析,建议选用两柱掩护式支架。3防清洗和防扎基3.1抗管制帮派梁北矿煤层硬度系数f=0.15～0.25,全层松软,大采高工作面必须解决煤壁片帮问题,在支架设计和采煤工艺上要充分考虑。(1)采煤机拉架、护帮在支架设计时考虑对煤壁上部及时支护,在结构上采用伸缩梁,在采煤机过后,及时拉架,拉架后伸出伸缩梁顶住上部煤壁,护帮板打开及时护上煤壁防止片帮。护帮板采用二级,支护面积大,可以有效地支护1900mm高度。(2)顶梁受力分析采用两柱支架,立柱有对顶板向前的作用力,平衡千斤顶在支架承载时通过承受拉压力的变化起到调节支架合力的作用位置、改善顶板控制效果。当顶板比较完整,顶梁后部压力较大,需较大承载及切顶能力时,平衡千斤顶承受拉力,并将支架合力作用位置后移,增大支架后部承载及切顶能力。当顶板较破碎,顶梁前部压力较大,需较大承载能力时,平衡千斤顶承受压力,并将支架合力作用位置前移,增大支架前部承载能力。支架采用整体顶梁进一步加大支架前部的承载能力。通过立柱、平衡千斤顶、顶梁的作用,减小顶板对煤壁的作用力,对防止片帮起一定作用。(3)特殊工艺的应用由于煤体很软,因此采煤工艺采取沿顶采,留底煤,严格控制采高。采煤可以采用特殊工艺,比如先采上部后采下部,及时移架等措施。支架为了配合采煤工艺,支架前后留有双人行通道,在移架后,支架前部留有人行通道,采煤机操作工可以从前面行走。3.2支架设计优化梁北矿底板多为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩或细砂岩、泥岩互层,抗压强度在17.30～30.6MPa之间,岩体稳定性差,起伏变化大。因此,为防支架扎底在支架设计时采取了如下措施:(1)采用抬底机构如图1所示。支架抬底机构可以在支架前移时,抬起底座前部使支架移动顺利。既可以防止扎底,也可以解决防止底板不平时,支架移动困难的问题。(2)支架设计优化,减小底座前端比压通过支架四连杆优化和结构优化,减小底座前端比压,工作阻力6000kN的支架,底座前端比压为1.29～3.26MPa。比底板抗压强度17.30～30.6MPa小很多,一般不会扎底。4zy6000.25.50型两柱维修4.1支架结构支架结构如图2所示:支架为整体顶梁带伸缩梁,护帮板为二级护帮板,底座设有抬底机构,双前连杆,双后连杆。4.2初撑力及支护强度ZY6000/25/50型两柱掩护式液压支架高度(最低～最高)2.5～5.0m;宽度(最小～最