数值模拟在综采工作面支架选型中的应用

以神东石圪台煤矿31煤31301综采工作面支架选型为背景,通过数值模拟试验的方法确定了31301综采工作面的支架工作阻力取8 700 k N·架。现场观测结果表明,确定的支架工作阻力是恰当的。研究结果对液压支架选型及设计提供了理论支持和技术保证。     

近距离煤层综采工作面支架选型的数值模拟研究

以陈庄煤矿近距离煤层3号煤31301综采工作面支架选型为背景,通过数值模拟试验确定了陈庄煤矿近距离煤层31301综采工作面合理的支架工作阻力为8 700 k N/架,定量的确定支架合理工作阻力,为支架选型开辟了良好的途径。通过现场观测,确定的支架工作阻力是恰当的,实现了矿井的安全开采,说明文章研究方法可靠。研究结果对类似条件下近距离煤层综采工作面支架选型具有积极的指导意义。     

基于“顶板-煤壁-支架”综合评价的大采高支架工作阻力研究

针对6.0 m特大采高综采工作面支架适应性评价与工作阻力确定难题,基于大采高采场覆岩"悬臂梁-层间岩层-砌体梁"结构模型,对6.0 m特大采高综采工作面支架合理工作阻力进行了确定,通过数值模拟和大比例尺采场相似模拟实验对支架与围岩控制适应性进行了验证和评价。研究结果表明,大采高综采支架工作阻力的确定要以满足顶板、煤壁等采场围岩控制为前提,并需确保支架良好的位态。支架工作阻力不仅要能支撑垮落带关键层"悬臂梁"破断长度内的岩层载荷,还要能给断裂带下位岩层"砌体梁"结构以平衡力。模拟结果表明,当工作阻力低于10 000 k N时,支架处于满负荷运转状态,活柱下缩量较大,顶板及煤壁变形显著;当工作阻力高于11 000 k N时,采场围岩及支架工况显著改善,据此确定支架合理工作阻力为12 000 k N。生产实践表明,试验工作面支架循环末阻力8 340~10 247 k N,安全阀开启率低于5%,煤壁完整性较好,支架工作阻力满足顶板支护及安全生产要求。     

准大采高综放工作面矿压特征的研究

本文以同煤集团云冈矿8212工作面地质条件为背景,对工作面矿压规律进行实测分析研究,结果表明:1)工作面支架平均工作阻力为2 016.1 k N,占其额定工作阻力(7 000 k N)的28.8%,该工作面支架的额定工作阻力可以满足顶板的管理要求。支架前后柱工作阻力分布较平均,能正常工作。2)工作面支架平均循环末阻力为3 147.0 k N,占其额定工作阻力(7 000 k N)的45.0%,该工作面平均循环末阻力主要分布区间为2 800~3 800 k N,即工作面支架的额定工作阻力完全可以支撑顶板。3)工作面超前支承压力作用范围在35~38 m处,随工作面的逐步推进,其增幅也逐步增加。该结论可为类似条件下其他工作面开采过程中矿压显现规律的研究提供参考。     

浅埋深大采高工作面矿压显现及支架适应性研究

为研究浅埋深大采高工作面矿压显现规律、液压支架合理工作阻力及其适应性,对磁窑沟煤矿首采10101大采高综采工作面的矿压显现及液压支架工作阻力进行现场观测,并对工作面顶板运动参数、工作面来压步距和合理支架工作阻力进行计算,分析了支架适应性。研究结果表明:工作面初次来压步距为56.8 m,与理论计算结果吻合;工作面周期来压步距随工作面推进速度增大而增大,工作面推进速度为4 m/d和8 m/d时,周期来压步距分别为11.1 m和22.7 m;工作面支架工作阻力呈中间大两端小,支架实测最大工作阻力7 665 k N,理论计算支架合理工作阻力为7 676.4 k N,所选用最大工作阻力为8 000 k N的液压支架能达到了预期支护效果,但支架实测初撑力偏低,液压支架操作工艺需进一步优化。研究结果为磁窑沟矿后续工作面及其他地质条件类似矿井矿压控制和设备选型及优化提供参考依据。     

过空巷群残煤复采液压支架额定工作阻力确定

兰兴煤矿2201工作面是为了回收旧房式开采所遗留的煤柱,工作面前方存在多条空巷,条件比较复杂。通过实际观测,工作面老顶的初次来压步距为30 m,周期来压步距为12 m。用实测统计法,计算出液压支架的额定工作阻力为4 297 k N/架,并用有限元软件FLAC3D模拟计算,得出液压支架的额定工作阻力为4 166.67 k N/架。实测统计法与模拟计算法得出的结果差距不大。因此,结合这两种方法可以对过空巷群残煤复采时液压支架的额定工作阻力进行确定。     

坚硬顶板大采高工作面压架事故及支架阻力分析

针对大同晋华宫煤矿坚硬顶板大采高综采工作面生产过程中发生压架事故的情况,深入分析压架事故的类型和原因,并基于大采高综采工作面覆岩结构特征,采用理论分析方法,分析得到了坚硬直接顶关键层的悬顶长度的计算方法及其影响因素;对大采高坚硬顶板综采工作面支架工作阻力的确定进行了载荷估算法的修正算法;并根据修正结果及地质条件,计算得到了402盘区工作面支架的合理工作阻力为12 184 kN,支护强度为1.22 MPa,同时确定了合理的支架架型;通过工业性试验,实测分析了所选支架的适应性,结果表明了理论分析计算结果和所选架型的合理性,保障了402盘区大采高综采工作面的安全高效开采。     

缓倾斜复合顶板综放开采矿压显现规律研究

采用RFPA数值模拟和现场实测的方法,对缓倾斜复合顶板综放工作面的矿压显现规律进行了综合研究。结果表明,工作面上顺槽顶底板相对移近量最大达到160mm,下顺槽顶底移近量最大值达到90mm,上下顺槽巷道顶底整体位移量较小;工作面支架载荷不大,支架最大工作阻力110k N,平均工作阻力在60~80k N之间。     

“刀把”型工作面矿压显现规律及支架适应性

为研究浅埋煤层"刀把"型工作面矿压显现规律及支架适应性情况,采用KJ27液压支架压力在线监测系统和FLAC3D数值模拟对转龙湾煤矿23103首采工作面进行实测、分析。结果表明:23103短工作面初次来压步距为49 m,周期来压步距约为10.6 m,支架动载系数约为1.30;长工作面的初次来压步距约为35.9 m,周期来压步距约为9.54 m,支架动载系数约为1.328;来压期间,工作面中部支架工作阻力较大,机头、机尾处支架工作阻力较小,工作面支架工作阻力大部分位于7 200~10 500 k N之间,支架的额定工作阻力为11 000 k N,因此现有支架可以满足生产需求。     

大倾角大采高工作面正常开采时期支架稳定性分析

以高庄矿3上509大倾角大采高工作面具体地质条件为基础,分别从倾向和走向方向对工作面正常开采时期支架稳定性进行了力学分析。分析结果表明,3上509工作面支架不倾倒所需最小支护阻力为283.59 k N,支架不滑移所需最小支护阻力为183.75 k N,即工作面在正常开采时期,支架保持稳定的最小工作阻力应不小于283.59 k N。因此,工作面使用额定工作阻力为6 600 k N的支架能够满足正常开采时期支架稳定性要求。     

综放工作面顶板运动规律及支架-围岩关系研究

布尔台煤矿42103综放工作面回采过程中,经常出现台阶下沉甚至支架压死等现象,在对42103综放工作面支架合理工作阻力进行分析的基础上,采用理论推导和现场实测相结合的研究方法对工作面顶板运动规律进行计算,建立了42103综放工作面顶板结构模型,并分析支架-围岩的相互关系,利用顶板结构模型法和动载系数法综合计算确定了42103综放工作面支架合理工作阻力。研究结果表明:42103综放工作面顶板压力为1.63 MPa,支架合理工作阻力为18 709 k N,支架合理支护强度为1.71 MPa。     

基于提高割煤效率的坚硬煤层煤壁弱化技术

为了解决坚硬煤层综采工作面采煤机割煤困难、割煤效率低,影响正常生产的问题,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的方法,对坚硬煤层工作面支架-围岩关系进行了研究,提出了基于提高割煤效率和顶板控制的坚硬煤层综采工作面液压支架合理工作阻力的确定方法。结果表明:在覆岩恒定载荷作用下,适当降低工作面支架工作阻力,有利于增加煤壁侧实体煤塑性区宽度,提高坚硬煤层预裂程度;在保证采煤机割煤效率和顶板有效支护的情况下,工作面支架合理工作阻力取值范围为7 200～8 400 kN。实测表明采煤机割煤时间与支架工作阻力正相关,适当调整支架工作阻力,有利于提高采煤机的割煤效率。     

采空区下近距离煤层综采工作面支架工作阻力的确定

对于采空区下近距离煤层回采工作面,由于其采场覆岩形成了新的结构,传统确定支架工作阻力的方法不能很好的指导这种情况下工作面的顶板管理。以旺盛煤业近距离煤层采空区下10#煤综采工作面实际条件为背景,通过数值模拟及分析10#煤层垮落高度与煤层间距之间的关系,从理论上给出了支架工作阻力的计算方法,确定了支架合理工作阻力为4 500 kN/架,与现场实测结果接近。     

浅埋特大采高工作面矿压规律及支护阻力确定

基于大柳塔煤矿52304工作面的矿压实测数据,分析了近浅埋煤层7 m特大采高工作面的矿压显现规律。工作面初次来压步距为73.3 m,周期来压步距平均为16.0 m。周期来压步距呈现"两端大、中间小"的特征,来压持续长度呈现"两端小、中间大"的特征。工作面来压时,中部矿压显现强烈,支架动载系数为1.58,支护阻力高达18 000 k N;而工作面两端支架受力较小,为12 000 k N。非来压时,工作面支架工作阻力一般为12 000 k N,分布较均匀。采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算法和实测统计法,计算了合理的支架工作阻力,表明原工作面支架工作阻力偏低。实践表明,采用大采高"斜台阶岩梁"结构计算得出的合理支架工作阻力符合实际,为大采高工作面支架选型提供了依据。     

综放工作面多夹矸岩层支架工作阻力的合理确定

针对8301工作面特殊地质开采条件,提出采用多夹矸顶板载荷估算方法,通过与宏观损伤力学法、反分析数值模拟法、实测统计法3种传统综放工作面支架工作阻力确定方法的计算原理和结果对比,结合现场实测得出:多夹矸顶板载荷估算方法能够合理确定复杂地质条件下综放工作面支架工作阻力;ZF13000/25/38型支撑掩护式支架能满足8301工作面顶板控制的需要。     

小保当煤矿大采高综采支架工作阻力确定

为合理确定小保当煤矿大采高综采面支架工作阻力,针对小保当煤矿2-2煤层的具体情况,采用物理相似模拟、数值模拟实验和理论计算相结合的方法,对小保当5.0m大采高工作面矿压显现规律及支架工作阻力进行研究。研究得出小保当矿基本顶初次垮落步距68m,周期垮落步距为16m,增载系数为1.31,来压显现强度中等。综合分析,若选用1.75m×4.75m支架,确定大采高综采工作面支架工作阻力为14000k N。由于采高较大,基本顶岩性较坚硬,来压期间基本顶下位岩层形成"悬臂梁"结构,"悬臂梁"断裂时,其重量全部由支架承担,支架载荷大。研究结果为同类地质条件支架工作阻力选型提供了借鉴。     

综采支架工作阻力确定方法综述

综采支架工作阻力的确定一直都是采矿界的难题之一。文章从经验估算法、现场实测法、垮落带法、砌体梁结构分析法等方面,介绍了国内外支架工作阻力确定方法的研究进展情况,并对各自的优缺点和适用条件进行了综述。针对我国复杂的矿山地质条件和新的开采技术,指出了综采支架工作阻力确定方法的研究发展趋势。     

小纪汗煤矿中厚煤层接续工作面支架选型研究

根据小纪汗煤矿中厚煤层接续工作面煤层赋存条件,确定未来接续工作面开采较薄煤层区域。通过分析支架选型的基本原则和要求,确定选用两柱式综采支架、整体顶梁结构,支架中心距为1.75m。通过进行理论分析、类比分析、数值模拟分析,确定了支架支护强度不低于1.0MPa,结合支架尺寸结构,计算得到支架工作阻力不应小于8487.5kN。根据综合采高和现有型号,确定选用ZY11000/15/30D型较薄煤层综采掩护式液压支架。通过在小纪汗煤矿11203综采工作面进行矿压现场实测,得到工作面初次来压步距54m,周期来压步距平均16m,周期来压期间支架压力最大达到10794.7kN。实测表明,研究确定的支架支护强度和支架选型是合理的。研究为煤矿安全高效开采提供了保障。     

厚土层厚基岩大采高综采面矿压规律

以小保当煤矿2-2煤层300 m埋深5 m大采高综采面地质条件为背景,采用理论分析和相似模拟相结合的方法,对厚土层厚基岩工作面上覆岩层结构、来压步距和支架工作阻力等进行研究.结果表明:2-2煤上覆岩层存在"双关键层"结构,亚关键层和主关键层共同作用导致工作面的大小周期来压现象,大、小周期来压步距分别为23,12 m.动载系数1.31,工作面来压较为剧烈.来压过程中支架工作阻力平均为12 643 k N,最大工作阻力为13 633 k N.工作面煤壁支承压力峰值为14.73 MPa,峰值位于采场煤壁前方5.5~20 m,支承压力增幅剧烈的区域为煤壁前方50 m范围内.小保当矿2-2煤厚土层厚基岩大采高综采面矿压规律与榆神府矿区近浅埋煤层矿压特点相似,为小保当煤矿2-2煤安全开采提供依据.     

特厚煤层综放工作面顶板结构及支护强度研究

该文采用理论计算,对比分析等方法,对某矿11 m特厚煤层综放工作面顶板结构特点、支护强度以及支架合理工作阻力的确定进行分析研究。研究结果表明:该矿直接顶厚度约26 m,分为下位直接顶(M_(Z1)=13 m)和上位直接顶(M_(Z2)=13m)两部分;老顶厚度约为23~27 m;工作面合理支护强度为1.40 MPa,支架合理工作阻力为15000 k N。