放顶煤采场顶板结构形式探讨

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放顶煤采场顶板结构形式探讨

沈　明

(同煤大唐塔山煤矿有限公司综采队,山西大同　037001)

摘　要　搞清放顶煤采场的顶板结构形式及支架围岩关系,是进行采场科学支护设计和提高放顶煤开采综合效益的前提。该文针对综采放顶煤工作面的顶板结构,探讨了直接顶厚度的计算方法,分析了综采放顶煤采场普遍存在的三种结构。关键词　放顶煤　顶板结构　支架中图分类号T327　　文献标识码　B

　　我国于1982年引进了综采放顶煤支架,并于1984

年开始工业性试验。20多年来,这一技术在我国得到了迅速发展,目前工作面年产已超过700万t,达到世界领先水平,工作面回收率达到80%以上。搞清放顶煤采场的顶板结构形式及支架围岩关系,是进行采场科学支护设计和提高放顶煤开采综合效益的前提。

1　放顶煤采场的直接顶

放顶煤采场的需控岩层,主要指直接顶和顶煤,由于顶煤的存在,老顶的运动效应将被顶煤“弱化”,变为次要的控制对象(仅指采场内部的顶板控制)。直接顶厚度与放出率、采高、煤岩破碎后的碎胀状况有关。

根据现场实践及模拟研究结果,对直接顶的厚度有以下两点认识:

(1)直接顶的厚度在不同的开采阶段有变化,老顶

表1　我国部分综放面直接顶垮落高度的模拟和实测结果

工作面三河尖矿7131

扎局2号井综放面三河尖矿7121旗山矿3119大屯徐庄矿综放面王庄矿4369鹤壁六矿2503-2扎局灵北矿综放面阳泉一矿8603兴隆庄矿5306

平均3收稿日期:2009-09-15

作者简介:沈明(1969-),男,山西大同人,工程师,同煤大唐塔山煤矿有限公司综采队从事技术工作。

煤层厚度M(m)

9.0012.006.504.505.507.025.2012.006.387.88

初次来压前直接顶厚度较小,正常推进阶段直接顶厚度增大到一个基本稳定值,约为采出厚度2倍左右。

(2)稳定的直接顶厚度可按运动特性分为上位直接顶及下位直接顶两部分。其中下位直接顶(约1.0～1.2倍采高)由于断裂后回转空间大,冒落形态为不规则垮落带,而其上位直接顶岩层断裂后回转空间小,冒落形态为规则垮落带。表1为我国部分综放面直接顶垮落高度的模拟和实测结果。

现场观测和实验模拟结果还表明,只有当采空区被煤和矸石充填满后,覆岩的不规则垮落才停止。

在放顶煤采场,由于煤从垮落到放完是一个动态过程,此过程中直接顶的厚度是变化的,亦即老顶的厚度与位态也是变化的。因此,直接顶厚度可用下式表示,直接顶状态如图1所示。

直接顶垮落高度高度H(m)

20.3232.0013.3410.5015.1314.2010.7922.0013.2017.56

HΠM2.262.672.052.332.752.022.081.832.072.232.23

不规则垮落高度高度H1(m)

10.4911.906.534.505.957.606.2612.007.8011.40

H1ΠM1.170.991.001.001.081.081.201.001.221.451.12

规则垮落高度高度H2(m)

9.8320.106.816.009.186.604.5310.005.406.16

H2ΠM1.091.681.051.331.670.940.870.830.850.781.11

应用中,是一个非常新的思路,本文所做的自动抄表数

据传输终端的硬件系统设计主要包括微控制器与GPRS模块的外围和接口电路设计。微控制器选用MSP430F412超低功耗单片机,GPRS模块采用西门子公司的MC39i无铅环保型模块。该终端硬件结构简洁,系统功耗低,运行稳定可靠。

参考文献:

[1]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M],北京:北京航空

航天大学出版社,1993

[2]朱伟.基于RTL8019AS的嵌入式电量监控系统的设[J],电测与

仪表,2009(2)

104　　MZ=

H+T-SA-C

KA-1

　　　　　　　　　　　　　2009年第5期明这种结构的形成及变化过程,假定在上一放煤循环中垮落的顶煤已全部放出,且空穴被矸石全部充满,此时采空区内煤岩的状态如图3所示,下位岩层呈不规则垮落,上位岩层呈大块状较规则地垮落。移架后顶煤和直接顶垮落充满采空区。随着放煤的进行,矸石上表面高度逐渐下降,上位大块矸石下降、再破碎,导致拱结构上移,图4为放出率为η时的岩层状态。

式中:MZ—直接顶厚度;

H—采高;T—顶煤厚度;C—残煤厚度;

SA—老顶在触矸处的沉降量。

图2　“煤-煤”结构示意图

图1　直接顶厚度计算图　　根据有关研究结果,SA=(0.15～0.25)H,在

T(η为顶煤放出率);在一般顶放顶煤采场,h=H+η

板的采场,SA=0.2H。回收率η与C的关系是:η=1

图3　“岩-矸”结构示意图

-CΠT・km(km为顶煤垮落后的碎胀系数)。2　老顶结构及断裂形态

3.3　岩梁结构

当煤层上存在大厚度坚硬岩层且直接顶厚度较小、顶煤较薄时,可能存在如图5所示的岩梁结构,且岩梁的断裂长度为周期来压步距。

由于放顶煤开采的特殊性,老顶活动的矿压显现是通过直接顶及顶煤介质传到工作面煤壁及支架的。因此,一般说来,大多数采场老顶运动在工作面的矿压显现并不十分明显。

3　放顶煤采场的顶板结构3.1　“煤-煤”结构

在顶煤较厚、煤层结构复杂的情况下,很可能出现

支架上方未冒顶煤与采空区已冒顶煤之间的拱式平衡结构,且这个结构人为不易破坏,我们简称其为“煤-煤”结构,其状态如图2所示。容易出现这种结构的采场条件是:

(1)顶煤中存在较厚、较硬的夹矸,大块夹矸形成

图4　放出率为η时的“岩-矸”结构状态

“煤-煤”结构的基底岩层。

(2)上部顶煤坚硬,呈大块状垮落,或煤中含有粘

图5　岩梁结构示意图

图5所示结构能否存在的近似判别依据是:

M>H+T+MZ(1-KA)-C

土成分,呈团块状垮落。

在这种结构下,由于下部顶煤已在采空区内放出,采空区内形成空洞,空洞上方是“煤-煤”结构,尽管在采空区侧用矿灯能照到它,但又很难破坏它,因此,在这类采场,除特殊情况外,最好不采用放顶煤开采。若用放顶煤开采,应在开采前用软化(注水、松动爆破)方法对顶煤进行预处理。

3.2　“岩-矸”结构

式中M为坚硬岩层厚度(一次同时运动的厚度,有时不是岩层的总厚度),其他符号含义同前。

由上式可知,顶煤放出率对老顶和直接顶的相互转化起控制作用,亦即顶煤放出率不同,采场支架的载荷也不同。

“岩-矸”结构是指未垮落岩层与已垮落矸石挤压而形成的半拱结构。这种结构是最常见的,为了能说