大采高長工作面采場覆巖運(yùn)動和支架-圍巖系統(tǒng)動態(tài)控制研究.pdf

1、大采高長工作面開采技術(shù)由于其具有煤炭資源回收率高、作業(yè)條件好、改善煤炭質(zhì)量、實現(xiàn)高產(chǎn)高效等優(yōu)點，近年來隨著煤礦設(shè)備裝配能力的提高，大采高長工作面在生產(chǎn)實踐中逐漸得到應(yīng)用。但由于采高增大，采面加長，也給圍巖控制帶來了困難。因此，本文通過理論分析、模擬試驗和現(xiàn)場實驗等手段，分別從大采高長工作面采場圍巖活動機(jī)理、圍巖應(yīng)力分布規(guī)律、頂板結(jié)構(gòu)及運(yùn)動規(guī)律、支架-圍巖系統(tǒng)動態(tài)關(guān)系、支架適應(yīng)性分析等幾個方面，比較系統(tǒng)的研究了大采高長工作面采場覆巖運(yùn)動規(guī)

2、律和支架圍巖系統(tǒng)動態(tài)控制技術(shù)，為大采高長工作面技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用提供參考依據(jù)。論文取得了如下主要成果:
　　(1)建立了大采高長綜采工作面采場圍巖整體力學(xué)模型，討論了基本項初次破斷、周期斷裂的頂板下沉及圍巖應(yīng)力分布，確定了頂板下沉的撓曲面方程，獲得了頂板最大下沉點，并建立了頂板的應(yīng)力表達(dá)式。隨著工作面長度增加，長工作面超前支承壓力集中峰值增加，其應(yīng)力峰值位置相應(yīng)向煤體內(nèi)部轉(zhuǎn)移;而開采高度對側(cè)向?qū)嶓w煤內(nèi)的應(yīng)力分布沒有明顯影響。<

3、br>　　(2)采場支架與圍巖的關(guān)系體現(xiàn)了圍巖運(yùn)動規(guī)律與支架的性能、結(jié)構(gòu)間的適應(yīng)性及相互間的影響;支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性，取決于支架-直接頂體系的穩(wěn)定性。頂板下沉量與支架工作阻力呈近似雙曲線關(guān)系;直接頂巖性較軟或者破碎，頂板下沉量較小，基本頂給定變形被直接頂吸收。
　　(3)隨著采高和工作面長度增加，原有的上覆結(jié)構(gòu)破壞，可能成為垮落帶的一部分;結(jié)合2-508大采高長綜采工作面工程背景，利用關(guān)鍵層理論和采場上覆巖層組成及巖性參數(shù)，篩選出C

4、3、C7、C16等巖層為關(guān)鍵層，分別計算各層載荷、破斷距。
　　(4)對于大采高長工作面，隨工作面支護(hù)阻力增加，剪應(yīng)力集中區(qū)域逐漸減小，應(yīng)力集中程度降低，應(yīng)力范圍擴(kuò)大到整個控頂區(qū)上方，但當(dāng)支護(hù)阻力達(dá)到某一值后，對改善應(yīng)力集中效果不明顯;當(dāng)初撐力較低時，增加初撐力對降低頂板下沉有顯著作用，隨著初撐力的增加，頂板下沉量逐漸減小，但減小的速度越來越小。
　　(5)采場頂板失穩(wěn)的主要影響因素有:梁端距、工作阻力、立柱傾角、老項來壓與

5、否、直接頂總厚度。隨著梁端距的增加，冒落拱參數(shù)（冒高和片幫深度）都不斷增大，呈非線性關(guān)系;梁端距應(yīng)控制在0.6m以下，即能防止煤壁片幫又能控制端部冒落。支架的工作阻力和頂板下沉量之間呈近似雙曲線關(guān)系，支架的水平阻力應(yīng)不小于280KN，支架的工作阻力應(yīng)不小于7600K。支架立柱傾角應(yīng)控制在80°左右。
　　(6)長工作面與普通工作面礦壓實測對比分析表明，基本項初次垮落步距范圍更加呈不一致性，范圍更大，動載系數(shù)也不統(tǒng)一;周期來壓步距短

6、，壓力顯現(xiàn)不強(qiáng)烈，動載荷系數(shù)小，長工作面支架主要承受靜載荷作用;長工作面來壓步距長度依次為:機(jī)頭部分最長，其次為機(jī)尾部分，工作面中部最短，工作面來壓步距沿傾向分布不對稱現(xiàn)象明顯，即來壓不同步。
　　(7)通過建立頂板控制力學(xué)模型，利用理論計算對2-508工作面支架阻力進(jìn)行分析，按支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗算;通過工業(yè)實驗，表明2-508工作面支架的額定工作阻力有較大的富余系數(shù)。根據(jù)工作面在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析支架工作阻力呈正態(tài)分布狀態(tài)，沿著工作面