基于大采高综采支架工况的煤壁片帮控制研究

发布时间：2020-08-16 19:52

【摘要】：在大采高综采工作面采煤过程中,由于煤壁自身高度、煤层赋存地质条件等复杂原因,工作面煤壁片帮给矿井的生产工作带来安全隐患,本文结合潞安王庄煤矿8101大采高综采工作面生产过程中液压支架的工作状态,利用理论分析、数值模拟、工程应用的方法对不同支架工作状态下煤壁片帮控制效果进行研究,主要内容和结论如下:(1)通过对工程现场的实际观测及地质资料的研究,掌握了潞安王庄煤矿3#煤8101综采工作面的煤层赋存状况、矿压显现规律、围岩顶底板岩层构成以及工作面回采过程中煤壁片帮特征等工程信息。(2)通过理论分析,确定8101综采工作面选用ZY15000/33/72D型两柱掩护式大采高液压支架。分析了两柱掩护式液压支架的结构特点、工作面液压支架支撑顶板的承载过程及液压支架与工作面围岩耦合关系。研究了大采高综采工作面煤壁片帮理论及该工作面煤壁片帮特性,提出可以通过控制液压支架工作状态减少工作面煤壁片帮。(3)对于工作面液压支架不同初撑力支护进行数值模拟计算,得出结论:工作面液压支架支护初撑力不得小于12000KN,提高工作面液压支架初撑力直接减小煤壁上方顶板对于煤壁的垂直压力,可有效地控制煤壁片帮。(4)模拟液压支架不同护帮板工作状态对煤壁支护的影响,研究表明:在护帮板全部展开支撑煤壁的状态下煤壁水平方向位移减小2.67mm,当在二级护帮板与顶梁支架增设三级液压缸提高支护力的情况下煤壁水平方向位移减小6.2mm,支护效果提高2.3倍。液压支架护帮板提供给煤壁的支撑力直接改变了煤壁内部水平方向的应力状态,煤体内部由原来的受拉应力状态变为受压应力状态,煤壁稳定性提高。(5)模拟整个工作面液压支架与采煤机衔接状态,对比液压支架在原始维护区、护帮板收回区、支护滞后区、恢复维护区四种不同位置对于煤壁支护的影响情况。在支护滞后区煤壁水平位移最高达53.5mm煤壁稳定性差,护帮板收回区煤壁水平位移为43.7mm,工程生产过程中,采煤机前部护帮板收回区内支架应超前收回4架,采煤机后部支护滞后区内支架滞后移架不得超过2架。(6)将以上煤壁片帮控制技术应用于综采工作面支架管理过程,同时对工作面煤壁片帮进行监测统计,该工作面煤壁片帮的次数、宽度、深度和高度都明显减小,片帮控制效果明显。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD355.4
【图文】：

8101风巷546m线采回54胶风巷车场回风绕道出煤横贯F287866mF286图2-1 8101工作面巷道布置图Fig.2-1 Roadway layout of 8101 working face2.1.2 8101 大采高综采工作面回采工艺（1）采煤循环作业：如图 2-2 为王庄煤矿采煤循环作业图表，矿井工作制度为“四六制”，其中三班生产，一班检修，每班工作时间为 6 小时，净提升时间为 18h 。工作面采煤机采用端部斜切进刀方式，双向割煤，液压支架支护方式为及时支护。

钻孔窥视仪Fig.2-4Fiberboreholeobservationrig

5.1 液压支架初撑力对煤壁片帮影响研究5.1.1 初撑力及护帮板工况研究模型建立图5-1 初撑力及护帮板工况研究模型Fig.5-1 Study model of initial support force and working condition of retaining plate在对初撑力进行研究的过程中，选用 Mohr-Coulomb 本构模型，可以将整个工作面的走向长度简化为四台液压支架的宽度 8.2m。对于煤壁水平位移、工作面顶板垂直应力、塑性破坏范围等的研究可以将其简化在二维平面范围内，减小计算模型的体积，提高计算速度。根据摩尔库伦准则，深部岩土工程围岩受开挖影响范围约为开挖结构尺寸的5~6倍，

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本文编号：2794868