急倾斜厚煤层水平分段放顶煤开采液压支架选型

作者:刘文郁 刊名:煤矿开采 上传者:王志科

【摘要】针对阿刀亥煤矿Cu_2煤层为急倾斜厚煤层的实际情况,采取了水平分段综合机械化放顶煤开采工艺,通过估算法和数值模拟法对液压支架选型进行了对比分析,得出阿刀亥煤矿Cu_2煤层合理支护强度为0.7MPa;经过研究决定,工作面中部支架选型定为ZF3800/17/28支撑掩护式放顶煤液压支架,放顶煤过渡支架选型定为ZFG3800/17/28H型。结果表明:架型参数合理,满足了工作面回采需要。

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Hydraulic Support Selection for Horizontal Section Top CoalCaving in Steep-inclined and Extremely Thick Seam急倾斜煤层是指工作面倾角在45°以上的煤层,厚煤层是指煤层厚度在3.5m以上的煤层,这类煤层占我国煤田开发总数的40%以上,赋存较为广泛。在我国国有重点矿井开采急倾斜厚煤层的矿井数量占国有重点矿井总数的17%左右,地方矿井开采急倾斜厚煤层的矿井数量占地方矿井总数的40%左右[1]。由于受煤层的赋存条件、煤层结构、地应力分布等因素影响,急倾斜厚煤层开采方法多种多样。急倾斜厚煤层水平分段放顶煤开采时,由于受煤层厚度的限制,工作面长度一般比较短。根据煤层的赋存特征,当开采急倾斜厚煤层的工作面长度确定后(这种煤层的工作面长度一般比较短),增加煤炭产量的主要方法是提高水平分段的高度(18~25m一般是比较合理的水平分段高度)[2-5]。在急倾斜厚煤层水平分段开采中,合理地提高分段高度可以简述为“三低一高”:降低了掘进成本和百万吨掘进率;减少了搬家倒面次数;提高了单位推进度的煤炭产量[6-8]。依据急倾斜厚煤层综放工作面的矿压显现及围岩活动规律,结合液压支架的选择原则,为阿刀亥煤矿0.9Mt/a综放工作面进行了合理的液压支架设备选型,为类似条件工作面选型提供参考。1工作面概况阿刀亥煤矿Cu2煤层采用水平分段综合机械化放顶煤开采,机采高度定为2.6m,放煤高度13.4m,工作面采煤设备按照0.9Mt/a能力设计,工作面长度63m。矿井主采煤层为石炭二迭纪Cu2煤层,煤层平均厚度60m,煤层倾角一般在70°以上。煤层瓦斯含量6.25m3/t,瓦斯压力0.6MPa。煤尘具有爆炸性,爆炸指数18.07%~20.65%。煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级,为自燃煤层。开采过程中绝对瓦斯涌出量为25.916m3/min,相对瓦斯涌出量为13.049m3/t,属高瓦斯矿井。考虑到阿刀亥煤矿煤层瓦斯相对涌出量较大,该工作面瓦斯含量较高,采用放顶煤工艺进行开采之前采取了瓦斯抽放的办法来降低矿井瓦斯,采用的瓦斯抽放方法包括顶板高位抽放、本煤层抽放和挂耳巷抽排等。2急倾斜厚煤层液压支架选型2.1煤矿液压支架选型设计针对阿刀亥煤矿已有支架的使用情况,支架采用整体顶梁带伸缩梁结构。由于工作面长度较短,支架中心距确定为1.25m。结合该煤矿Cu2煤层实际情况,支架架型选用四柱低位放顶煤支架。2.2液压支架支护强度确定2.2.1估算法[9]该估算法建立在液压支架工作阻力基础之上,工作面支护强度采用经验公式计算:Pt=9.81hrk(1)式中,Pt为工作面合理的支护强度,k N/m2;h为放顶高度,m;r为顶板岩石密度,1.54t/m3;k为工作面上覆岩层厚度与采高之比,一般为2~8,对于急倾斜短壁综采放顶煤工作面一般选2~3。Pt=9.81hrk=(9.81×13.4×1.54×3)=607.3(k Pa)=0.61(MPa)2.2.2数值模拟法[10-12]运用FLAC3D数值模拟软件,建立阿刀亥煤矿三维数值模型:模型的长×宽×高=800m×600m×1000m。煤岩层共分为11层,倾角为70°。煤岩层的物理力学参数见表1。表1阿刀亥煤矿煤岩体物理力学参数层位岩性厚度/m密度/(kg·m-3)抗压强度/MPa抗拉强度/MPa弹性模量/MPa黏聚力/MPa内摩擦角/(°)泊松比1混合岩130 2517 45.0 3.05 18000 15.40 33.2 0.312粗砂岩15 2521

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