大采高液压支架初撑力与额定工作阻力合理比值研究

基于连续介质力学的离散元方法,建立液压支架数值模拟模型,将该液压支架置于工作面开采的实际物理过程中,实现综采工作面开采过程中液压支架与围岩耦合的动态数值模拟。以鄂尔多斯矿区某矿综采工作面覆岩条件及液压支架实际工作特性为基础,进行了综采工作面液压支架不同工作阻力条件下的数值开采试验。直观地反映了液压支架在不同初撑力、额定工作阻力条件下对上覆岩层下沉量变化和液压支架运行工况的影响。数值计算结果表明,液压支架初撑力对控制顶板岩层下沉量的作用比额定工作阻力大,当液压支架初撑力与额定工作阻力的比值为0.65~0.70时,具有最佳的运行工况。为类似条件下的大采高液压支架工作阻力选定提供了参考。

采场支架围岩关系研究及支架合理额定工作阻力确定

依据支架围岩关系调压试验曲线,从定性定量2个方面论证了它们之间关系。从控制角度出发,采场上方直接顶岩层运动与支架额定工作阻力关系是必须控制与必须被控制关系,称为“必控岩层”,其定量关系为Pze=hzγz。基本顶岩层运动与支架额定工作阻力关系是程度控制与被程度控制关系,称为“程控岩层”,呈“双曲线”关系,导出了它们之间关系数学力学公式,即Pre=QSm/2Sx。支架额定阻力与整体弯沉带岩层运动关系是不可以控制也不可以被控制关系,称为“不可控岩层”,其定量关系为Pb=0。分析了调压试验曲线特征、存在条件及双曲线在坐标系中位置影响因素。依据支架围岩呈“双曲线”关系数学力学模型,确定了支架控制整个采场上覆岩层运动具备合理的额定工作阻力。

浅埋煤层大采高工作面矿压规律及顶板结构研究

基于对榆神府矿区的大量实测分析,得出大采高工作面支架阻力随采高的增大呈现非线性增大,在采高增大到6 m后支架载荷迅速增大。支架动载系数随采高的变化不大,一般为1.4左右。工作面顶板来压步距随采高变化不大,初次来压步距35~70 m,周期来压步距9~20 m。顶板垮落带高度为采高的2~4倍,随采高的增大线性增大。工作面超前支承压力峰值随采高的增大略有降低,峰值位置与煤壁距离约为采高的2倍。根据现场实测和物理模拟分析,大采高工作面顶板形成'厚等效直接顶',使基本顶关键层铰接结构层位上移。根据直接顶充填条件,可分为充分充填型和一般充填型两类。针对常见的一般充填条件,提出了大采高工作面顶板的直接顶'短悬臂梁'结构和基本顶关键层'高位斜台阶岩梁'结构模型,给出了工作面额定支护阻力的计算公式,揭示了大采高工作面来压机理。最后,对理论计算公式进行了实例验证。

基于分区支承力学模型的综放工作面顶板矿压演化与压架预测

为预测综放工作面压架灾害,在综放顶板分区支承力学模型基础上,提出了综放工作面大采厚顶板矿压演化计算方法和支架压架判据,编制了相应的计算程序,分析了综放工作面顶板矿压演化规律,研究结果表明:①综放工作面顶板矿压演化包括4个阶段,分别为缓慢增阻阶段、顶板断裂阶段、快速增阻阶段和失稳阶段。②缓慢增阻阶段顶板沉降量小,支架增阻量小,顶板来压不强烈;快速增阻阶段顶板沉降量大,支架增阻显著。③顶板断裂阶段是矿压从缓慢增阻向快速增阻转变的过渡阶段。顶板煤壁前方断裂时,顶板的边界条件改变,顶板来压剧烈,支架增阻量大,易于引起安全阀开启,若顶板沉降量超过支架活柱允许压缩量,引发大面积切顶压架事故。④当工作面推进至断裂线处,顶板失稳,支架急增阻,若垮落覆岩作用于支架上的荷载超过支架额定工作阻力,安全阀开启,易于引发大面积压架事故。⑤支架额定工作阻力和初撑力设计应遵循的原则是:在缓慢增阻和快速增阻阶段,支架承担的荷载不超过支架额定工作阻力;在顶板断裂阶段,支架应具有足够的可压缩空间卸位让压;在失稳阶段,支架应具有足够的额定工作阻力承担垮落覆岩作用荷载。⑥酸刺沟煤矿6105-2综放工作面采用ZF15000/26/42四柱支承掩护式支架,初撑力10800 kN,支架额定工作阻力不足,易于发生大面积压架事故。

亿欣煤业XV23051工作面液压支架适应性分析

液压支架对于平衡采场矿压和防止采场上覆岩层失稳具有重要作用,合理的液压支架是保证综采工作面安全生产的重要一环。亿欣煤业XV23051工作面通过理论分析,并对工作面液压支架工作阻力进行实时监测,以此为依据对工作面液压支架的适用性进行了分析,结果表明现有ZY-3400/14/32型液压支架可以满足现场的安全生产需求。

高头窑煤矿多役支架支护性能分析与评估

高头窑煤矿103工作面现使用的液压支架已连续服役第4个同煤层工作面,新开105工作面准备投产,为确保103工作面和新开105工作面安全生产问题,对103工作面的支架工作阻力、活柱缩量和煤壁片帮进行分析和评估。研究表明:现103工作面174台支架实际额定工作阻力较设计额定工作阻力下降约18%~24.8%,P 174=7892.8~8624 kN;顶板下沉量为283 mm,控制效果等级为“中”,需进一步提高对顶板的控制;煤壁稳定时的支架工作阻力仅高于P 174约400 kN;103工作面开采结束后,支架工作能力还将继续下降,以上多种指标均表示多役支架支护性能下降明显,接近工作面所需支护阻力的要求下限,该批支架服役103工作面开采完毕后不能继续使用,需要为同煤层新开105工作面开采更换新支架。

ZY8000/20.5/40型液压支架对沙坪矿8号煤层适应性分析

分析了沙坪矿ZY8000/20.5/40型支掩式液压支架额定工作阻力富裕程度。