安林煤矿对提高单体液压支柱初撑力的技术研究

在安林公司用大量的统计数据和测试数据, 论证了提高单体液压柱初撑力, 对增加支柱的稳定性, 减少顶底板移近量, 改善控顶效果的关系。强调了二次注液对确保单体液压柱初撑力达标的保障作用, 强调了使用高强度、高质量柱鞋对提高支护强度的重要意义。

顶板压在支柱上的作用力称为支柱阻力, 它与支撑力大小相等, 方向相反。支柱阻力的平均值随初撑力的上升而上升。安林煤矿6采区28071工作面实测初撑力的平均值由82kN上升到100kN, 支柱的平均阻力由106kN上127kN, 平均阻力的上升幅度比初撑力上升幅度还要大。

单体支柱回撤前支柱支撑力称为末阻力。末阻力的大小与支柱的平均阻力一样随初撑力的提高面提高。在安林煤矿6采区28071工作面实测初撑力平均值由82kN增加到100kN, 末阻力由119kN增加到165kN。

单体支柱初撑力越高, 支拄的稳定性越好。因为支柱在没有其它稳定措施的情矿下, 初撑力低造成顶板离层, 层间的摩擦阻力很小, 支柱易倾倒。初撑力提高后增加了层间的正压力, 也就相应增加了层间的摩擦阻力。因此, 提高初撑力对增加支柱的稳定性, 防止推垮型冒顶事故的发生有重要意义。

支柱初撑力提高后, 可减少支柱的增阻量, 使支柱阻力分布均匀, 提高支护的整体强度。提高支柱初撑力后, 使切顶阻力加大, 可将下位坚硬岩层的断裂线控制在切顶线以外, 降低悬顶长度, 增加切顶高度, 消除采空区矸石冲击的危险。

1 提高单体液压柱初撑力与顶底板移近量之间的关系

初撑力小时, 顶底板移近量变大, 顶板离层破碎;初撑力大时, 工作面顶底扳移近量变小, 工作面趋于稳定。支柱初撑力在顶板控制中具有显著作用。

众多事实证明:提高P值可使支柱支撑力和顶板压力较快地取得平衡, 从而减少顶底板移近量和围岩剧烈运动, 另一方面可提高支架与围岩的整体刚度, 使工作阻力较快地发挥作用, 以充分利用支柱的支撑能力。以新汶矿务局孙村矿的实测资料引以为证。见表1原新汶矿务局孙村矿2214工作面初撑力实测与比较资料。

由表1可以看出:P值提高一倍, 支柱平均荷载提高一倍, 顶底板移近量减少一半, 由此可以说明P值在顶板控制中的显著作用。反之, 若P值不足, 则可能导致下位岩层与上位顶板之间的离层, 进而发生冒顶或导致支柱丧失稳定性, 发生倒柱事故。以往因P值低所发生的复合顶板推垮型冒顶事故, 足以说明P值低所带来的严重后果。

2 提高单体液压柱初撑力与顶板控制效果的关系

支柱初撑力与控顶效果有着直接关系, 如表2国内统计的初撑力与顶板控制效果的关系所示。从表中可以看出, 支柱初撑力至少40kN～60kN以上, 才能维持顶板基本安全。因此, 自2007年1月1日起施行的《煤矿安全规程》第五十四条规定:采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护, 严禁空顶作业。严禁在浮煤或浮矸上架设支架。严禁在控顶区域内提前摘柱。碰倒或损坏、失效的支柱, 必须立即恢复或更换。移动输送机机头、机尾需要拆除附近的支架时, 必须先架好临时支架。

采煤工作面遇顶底板松软或破碎、过断层、过老空、过煤柱或冒顶区以及托伪顶开采时, 必须制定安全措施。

3 二次注液对提高单体液压柱初撑力的保障作用

进行二次注液是提高和保证单体液压支柱初撑力的的重要措施之一。表3是井下测定的结果。利用带压力表的注液枪测定靠煤壁第一排支柱 (以下简称初排支柱) 的支撑力, 以发现初撑力低的支柱。

所测定的初排支撑力不是初撑力, 因为其值与支后时间、顶板下沉量和支柱好坏有关。由于顶板下沉支柱载荷可以超过泵站压力, 若初撑

力低或支柱漏液其压力均能低于泵站压力若经二次注液一段时间后再测初排支撑力就可以发现漏液支柱。测定时调整不同的乳化液泵压, 测算对应的初排支柱平均支撑力, 比较二次注液前后的变化。

从表3中可见, 泵站压力由10MPa提高到13MPa时, 平均支撑力 (t/根) 从3.43提高到7.2。把泵压提高到15MPa, 并进行二次注液后支撑力平均达到11t/根。这说明进行二次注液和提高泵站压力均能提高支柱的初撑力。

为了进一步比较和评价二次注液的效果, 分别把工作面1～16排、19～34排分成两个测区, 测定二次注液前后支柱的工作状况和顶板的显现。分别观测并统计平均初撑力、平均值载荷、最大载荷平均值、支柱缩量、顶底板移近量等。从表4可见, 二次注液后, 各项支护参数都取得十分显著的效果。

根据实测统计, 一般120m长的工作面逐棵测定初排支柱的支撑力约需时1.5h～2h。

4 高强度、高质量柱鞋对提高单体液压柱支护强度的重要意义

在《28071工作面底板测试和控制研究 (底板比压测试计算) 》研究报告、《28071工作面顶板测算和控制研究 (顶底板下沉量测算) 》研究报告的章节可见:配置直径300mm的尼龙柱鞋, 可以使DZ22/100型支柱的底面积由109cm2提高到707cm2, 极大的改变支护系统的刚度, 既可以降低标准顶板下沉量, 又可以减少支柱底板初期压入量, 显著地降低的顶底板移近量。是改变12081工作面支护状态的重要环节。

5 结语

在工作面初撑力小时, 顶底板移近量变大, 顶板离层破碎;初撑力大时, 工作面顶底扳移近量变小, 工作面趋于稳定。而支柱初撑力在顶板控制中具有显著作用。因此工作面进行二次注液时可以提高和保证单体液压支柱初撑力, 而高强度、高质量柱鞋又是提高单体液压柱支护的强度。

摘要：目的:用大量的统计数据和测试数据, 论证单体液压支柱初撑力。方法:测试大量的统计数据和测试数据, 进行比较研究。结果:提高单体液压柱初撑力, 对增加支柱的稳定性, 减少顶底板移近量, 改善控顶效果的关系。结论:二次注液对确保单体液压柱初撑力达标的保障作用;使用高强度、高质量柱鞋对提高支护强度的有重要意义。

关键词：提高,初撑力,支柱