初次来压步距的计算

活鸡兔井21303综姓崔茜员觇来压步距的计算神东煤炭公司生产技术部石飞摘要综采工作面在从切眼推进一段距离以后老顶初次来压自然冒落，在老顶垮落时，工作面出现程度不同的切顶，采面大部分液压支架安全阀动作，个别支架甚至压死。同时，顶板冒落将形成较大范围的飓风，严重威胁到采面工作人员的安全。因此，如何科学合理地确定综采工作面的初次来压步距显得尤为重要。通过对神东公司活鸡兔井顶板岩石力学性质进行科学分析，为综采工作面初次来压步距的确定提供一定的理论依据。关键词综采工作面初次来压步距计算根据近年来神东公司各矿井顶板情况，普遍直接顶较厚，基岩厚度较薄，一般为30〜40m，综采面实行初放后，可以实现随采随冒，基本充填了采空区。但是2004年先后出现的活鸡兔井1-2煤三盘区及榆家梁5-2煤的初次放顶，由于没有直接顶，老顶为砂岩，强度比较大，造成初次来压步距与以往工作面所测步距发生较大偏差，给安全生产造成了影响，虽经过多次放顶及采取安全措施，但是放顶期间及初次来压前的安全风险仍较大。因此，解决直接顶薄、老顶为砂岩、强度比较大的顶板的初放是目前存在的技术难题。通过理论分析，确定初次来压的步距范围，可对安全生产起到指导作用。活鸡兔井是神东煤炭公司大柳塔煤矿所属的一个自然井，年设计生产能力500万t，目前生产能力突破1000万t。活鸡兔井井田面积63km2，地质储量亿t，可采储量亿t。21303工作面位于活鸡兔井田西北部，是三盘区的第二个综采工作面。1顶板岩层条件和力学模型建立由厚层整体性强的中砂岩、细砂岩和粉砂岩组成的来压强烈的坚硬顶板，最大厚度〜，工作面长240m，顶板柱状图如图1所示。煤层的埋藏深度〜，平均155m；中砂岩的抗拉强度Ot=10MPa，抗剪强度t=25MPa；粉砂岩的抗拉强度气=，抗剪强度t=9MPa；细砂岩的抗拉强度气=，抗剪强度t=36MPa；覆岩容重按=m3计算。初次来压力学模型如图2所示。图121303工作面HB1和HB5的顶板砂岩结构ji.^-1 匚己七：苴申己、粉我和ji.^-1 匚己七：苴申己、粉我和nt•士：图221303工作面初次来压分析模型221303工作面初次来压步距的计算1） 按整层中砂岩老顶（基本顶）的情况考虑。此时，因砂岩顶板厚度太大，在初次来压之前，考虑为嵌固厚梁模型较为恰当。按嵌固厚梁的拉破断考虑时，初次来压步距为：L0i=h・（2・。方）^.=X[2X10/（X）]1/2（载荷厚度按刚度、厚度公式估计）=m.按照梁的模型计算，21303工作面中砂岩老顶的初次来压步距应为。2） 按中砂、粉砂和细砂岩组成老顶（基本顶）的情况考虑。顶板载荷计算，取中砂岩的弹性模量E广，细砂岩的弹性模量％=，粉砂岩的弹性模量E2=顶/、Eh3（yh+yh+yh+yh++yh）

（q）=―1_1 2_2 3―3 4~4 n~.n1E1h3+E2h3+Eh3+E4h3+……+Eh(q1)1=y「h1=MPa.(q2)1=MPa.(q3)1=MPa.(q4)1=MPa.(q5)1=MPa.(%)1=MPa.由于（q）＜（q），因此，大柳塔煤矿活鸡兔井21303工作面的顶板岩层初次来压断6 1 5 1裂的载荷应为1-2煤层上的5层岩层的综合影响，载荷层总厚度为，为采高的倍，均布载荷数值为。在这种顶板结构条件下，第一层中粒砂岩厚度，其厚度大于3m，整体性强，且直接赋存于1-2煤层之上，此层中砂岩即为工作面的老顶（基本顶）。若按嵌固厚梁的拉破断考虑时，初次来压步距为：, :2L.=九勺—t=9.47；W°\0.504=59.66总60m.即按照的中砂岩破断角度作为21303工作面的初次来压判据，初次来压步距应为60m。考虑1-2煤层上的中砂岩和粉砂岩作为老顶，厚度为，老顶的抗拉强度按厚度比例因素综合计算，则其折算强度为。t=6MPa，因此初次来压断裂步距为L.=龙—t=18.81，巨V0.504=91.78"92m.如考虑1-2煤层上的中砂岩、粉砂岩和细砂岩共同作为老顶，厚度为，老顶的抗拉强度按厚度比例因素综合计算，则其折算强度为。「，因此初次来压断裂步距为:c/'2X7.32=24.35■ \0.504=131.23m.3结论1） 活鸡兔井1-2煤层21303综采面的顶板岩层结构具有特殊性，煤层之上直接赋存有〜的坚硬砂岩老顶，并没有通常意义的直接顶（切眼附近的HB1与HB5钻孔可以佐证）。2） 按照我国《缓倾斜煤层采煤工作面的顶板分类标准》，采空区充填系数（或称直接顶与采高之比）K=0,符合KW,且初次来压步距大于60m以上，应为来压极强烈的IV级老顶，因此该工作面的初次来压强度将是非常强烈的，应引起足够重视。3） 21303工作面，无论是按照HB1钻孔还是HB5钻孔，理论分析预测的初次来压步距都大于60m以上，整层中砂岩老顶的初压步距为；第一层厚度中砂岩老顶，初次来压步距60m；厚度由中砂岩和粉砂岩2层组成老顶，初次来压步距9