淺談放頂煤工作面支架與圍巖關系

摘要：放頂煤開采技術是厚煤層煤炭開采的主要方法，在世界煤炭開采領域中占據非常重要的地位.我國在放頂煤開采的技術方面已具備了世界領先的地位。放頂煤開采的主要受地質條件，設備選型等個方面因數的影響。

關鍵詞：放頂煤 設備選型

1.支架與圍巖關系基本攝念

到目前為止，對回采工作面上覆巖層建立了許多理論假說，砌體粱理論、傳遞梁理論及板的理論，其目的都是為了研究上覆巖層的活動對工作面支護體系的影響。這是因為無論回采工作面采用什么樣的采煤方法，炮采、機采或放頂煤開采等，其支護體系都是工作面的前方為煤體剛性支撐，工作面采場的后方為冒落矸石的彈性支撐、工作面采場則為人為構件支撐。（圖1-1）研究采場礦山壓力的目的就是要確定這個總體支護體系中上述三者之間的力學關系及對上覆巖層作用力的支護能力和支撐范圍。從而達到在整個開采過程中最大限度地利用前方煤體和后方冒落殲石的支撐效力，在保證安全生產的前提下，采用最有效地文護形式。

圖1-1 支架與圍巖關系

在這個大的支護體系中前方的煤體和后方的冒落矸石支撐體都是屬于客現存在，一旦所開采的煤層確定后，其對上覆巖層的作用力性能也就確定下來了。因此，回采工作面的支護與圍巖的相互作用主要取決于煤體、直接頂及老頂的力學物理特性。支架支撐性能只能在很小的程度上影響巖層活動規律。所以研究回采工作面支架性能主要是確定以什么樣的支護形式和方式去適應已確定的工作面前后支撐體系及在一定范圍內支架對巖層的控制作用，從而達到工作面生產的安全可靠。

2.放頂煤工作面圖巖的劃分及特點

對于單一煤層圍巖的劃分為：

直接頂：位于煤層上方的一層或幾層性質相近的巖層，它通常由具有—定穩定性且易于隨工作面回柱放頂而垮落的貝巖或砂頁巖等巖層組成。偽頂，在煤層與直接頂之間有時存在厚度小于0.3-0.5m極易垮落的軟弱巖層，隨采隨冒。

老頂：位于直接頂上方的厚而堅硬的巖層，一般是由砂巖、石灰巖及砂礫巖等組成。實踐生產表明煤層這三部分項板因巖對工作面的支護狀態起著相當大的影響。經過幾年的努力我國完成了對回采工作面頂板的分類。以巖石的單向抗壓強度、節理裂隙及分層厚度為主要指標。參考頂板的初次垮落步矩，把直接頂從不穩定到堅硬分為4類。以直接頂厚度與采高比值為主要指標。參考老頂的初次來壓步距將老頂分為4級，同時提出了不同頂板條件下的文護形式。

圖2-1 頂板分類與支架架型

3.支架對維護頂煤穩定性的作用

由上述分析可知，放頂煤工作面頂煤的穩定性是影響工作面支護效果的主要因素，然而頂煤的穩定性除了決定于頂煤自身的力學物理特性外，更主要地取決于支架的支護特性和支架結構。

事實上，在回采工作面內，當采煤機切割完煤壁后，無論是頂煤還是直接項不僅要受到上方壓力和自重的作用，同時又要受到前方煤壁和支架的支撐作用，必然在機道上方產生一定撓曲變形，若產生的撓曲變形大于頂煤或項板自身的最大撓曲極限，頂煤或頂板則要發生冒落。相反頂煤或頂板處在穩定狀態。

機道上方的頂煤或頂板產生的撓曲必然導致在其上方一定范圍內形成一個拉應力區，拉應力區的形成是造成頂煤在端面失穩冒落根源。研究結果表明，影響支架端面頂煤內拉應力區形態主要因素有4個：

(1)支架端面距；

(2)支架水平作用力，

(3)支架垂直支撐力；

(4)合力作用點。

通過上述分析，針對放頂煤工作面頂煤易在機道上方冒落的特點，放頂煤工作面支架應具備如下特征：

(1)支架應具有較長的前梁使得在采媒機割完煤后，在不推前輸送機的情況下實現前移，即及時移架，當工作面始終保持最小的支架端面炬。及時封閉剛暴露出的頂煤。

(2)支架最好采用整體項梁，這樣可以大大提高支架前端對頂煤的支護能力，使頂煤的拉應力區降到最小范圍。

(3)支架初撐力不應低于80％的支架額定工作阻力，同時應實行帶壓或擦頂移架，在沒有安裝帶壓放架閥操作支架前移時，應先打開拉架閥門，然后再逐漸打開降柱閥，從而實現帶壓和擦頂移架，盡量減少對頂煤的反復支撐。在支架前移到位后，一定要打足支架的初撐力。

(4)放頂煤工作面盡量沿著煤層底板布置。杜絕留底煤，這樣不但可以減少煤炭損失量，同時在支架初撐起時有一個堅固的基礎硬底，確保實現較高的支架初撐力。

(5)放頂煤支架最好采用支撐掩護式支架，在支架充分初撐后，若端面頂煤在上方壓力作用下發生撓曲變形，支架可以提供較大的被動水平阻力，減小支架端面處頂煤所受到的拉應力作用，從而保證端面頂煤的穩定性。

參考文獻：

[1]武同振、趙宏珠、吳國華，主編.綜采綜掘高檔普采設備選型配套圖集[M].中國礦業大學出版社，1993年

[2]中國統配煤礦總公司，編.煤礦機電產品目錄(第一冊，煤礦機械)[M].煤炭工業出版社，1990年