窦月明1 ,张世金2

(1.江苏省矿业工程建设集团有限公司, 江苏 徐州 221006;2.郑州磴槽企业集团 金岭煤业有限公司, 河南 登封 452487) 

摘要:一7 煤层工作面是金岭煤业有限公司保护层开采的极薄煤层工作面, 为确保保护层开采效果, 需进行 无煤柱开采。 对工作面支护进行了设计, 确定了支护密度、支护强度及采面柱排距, 确定了所用支柱类型。 经过在该矿 1703、1707、1708工作面的回采验证, 该支护设计安全有效。 

关键词:支护设计;支柱选型;来压步距

　   一7 煤层工作面是金岭煤业有限公司保护层开 采的极薄煤层工作面 ,为确保保护层开采效果 ,必须 改变过去的房柱式开采模式, 进行无煤柱开采 。合 理的支护设计是保证无煤柱开采安全生产的重要前 提 。根据一7 煤层的顶底板情况 , 对工作面支护密 度 、来压步距 、顶板控制等方面进行了分析计算 ,得 出一7 煤层工作面开采支护的相关数据 ,为一7 煤层 工作面开采及顶板控制提供了可靠技术依据。

1 顶底板类型 

   登封矿区一7 煤层厚度变化比较大 , 基本上东 薄西厚 ,尤其是东部矿区煤层厚 0.11 ～ 0.81 m, 平 均厚 0.55 m,为不可采煤层 ,煤层结构比较简单 ,局 部夹矸 ,煤层产状走向近东西倾向北 , 倾角 25°～ 35°,平均 30°, f=2.0 ～ 2.5。一7 煤顶板为 L7 灰岩 、 泥岩、L8 灰岩、粉砂岩互层等 , L7 灰岩平均厚 7.5 m, f=8 ～ 10, 为坚硬顶板;一7 煤底板为灰色细砂 岩 ,层状结构, f=4 ～ 6;下部为厚 5.7 ～ 6.0 m的泥 岩 ,比较致密坚硬 ,层理发育。

2 支护密度及支护强度确定 

2.1 工作面顶板支护强度计算

   根据国内有关实测资料的研究 , 认为工作面顶 板支护强度为采高的 6 ～ 8 倍顶板岩石重力, 即 :P1 =(6 ～ 8)Mγ。其中 , M为采高 , 0.6 m;γ为顶板岩 石重度 , 2.45 ×104 kN/m3 。 计算得 P1 =1.18 MPa。

2.2 支柱承载能力确定 

  用支柱的额定工作阻力代替支柱的实际承载能 力。如 DZ0.8-30/100单体液压支柱 ,其承载能力为 294 kN/根 。

2.3 支护密度计算 

  支护密度就是工作面单位面积的支柱根数, 单 位为根 /m2 ,支护密度 n可根据 n=γ×h/P0 进行计 算。其中 , γ为岩石密度 ,取 2.5 ×103 kg/m3 ;h为灰 岩厚度, L7 灰岩厚度取 7.5 m;P0 为支柱初撑力, 取 90 kN/根 。计算得 n=2.04根 /m2 。 

2.4 采面柱排距确定

  初次放顶期间采用五排支柱管理, 最大控顶距 5 m, 最小空顶距 4 m, 放顶步距 1 m, “四、五排管 理” ;由煤墙向采空区数第一、二排为单柱, 三 、四、 五排均为对柱 ,排距为 1.0 m,柱距为 0.9 m(图 1)。

图 1 初次放顶期间采面支护示意 

  正常生产期间最大控顶距 4 m, 最小控顶距 3 m, 放顶步距 1 m, “三、四排管理 ”;排距 1.0 m, 柱距 为 0.9 m,采用四排支柱 ,由煤墙向采空区数第一、 二排为单柱,三 、四排为对柱 (图 2)。 

  工作面切眼回收后 ,沿工作面倾斜方向的切顶 线支柱每 5 m打 1组丛柱,即在对柱上方、下方各加 打 1根支柱,在对柱前方加打 2根支柱, 又称为“四 抱二 ” ,即改组丛柱为 6根支柱, 以强化工作面支护强度。

图 2 正常生产期间采面支护示意 

3 支柱选型 

  工作面选用 DZ0.6-30/100和 DZ0.8-30/100两 种类型的单体液压支柱, 工作面采高控制在 0.6 ～ 0.8 m。

4 基本顶初次来压步距计算 

　　基本顶初次来压步距 Lk的计算: Lk =h 2Rt/q 式中 , h为基本顶厚度, 根据综合柱状图 ,取 h=7.5 m;Rt为基本承载能力,中国矿业大学实验报告提供 为 4.28 MPa;q为单位长度基本顶载荷 , q=h×γ (其中, γ为岩石密度,取 2.5 ×103 kg/m3),计算得 q =187.5 kPa。 经计算得 :Lk =51.2 m。

5 结语 

  通过在该矿 1703、1707、1708工作面回采验证, 支护设计安全有效, 保证了一7 煤层工作面的安全 开采 ,收到了良好效果 ,为登封矿区的一7 煤层安全 开采提供了可靠的依据 。

(责任编辑:梁郁鑫) 

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