CN113505330A - 一种冲击地压巷道液压支架选型方法 - Google Patents

一种冲击地压巷道液压支架选型方法 Download PDF

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Abstract

一种冲击地压巷道液压支架选型方法，包括以下具体步骤：1）确定冲击地压类型；2）计算得到巷道液压支架所需提供的支护强度p z ；3）确定采煤工作面回采的超前显著影响范围，并将超前显著影响范围作为巷道液压支架的支护范围；4）确定巷道液压支架防冲性能；5）、确定巷道液压支架形状；6）确定巷道液压支架尺寸及支撑高度；7）确定巷道液压支架移架方式；8）确定巷道液压支架型号与具体支护参数。本方法原理科学，易于操作，基于理论计算、现场矿压监测数据以及围岩实际条件分析，有利于获得正确的超前支护强度和支护范围，有利于增大巷道安全系数，在冲击地压发生时通过吸收能量保护巷道支护***不失效，避免人员伤亡。

Description

一种冲击地压巷道液压支架选型方法
技术领域
本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种冲击地压巷道液压支架选型方法。
背景技术
随着我国煤炭开采深度增加和开采强度增大，综采工作面两巷超前支护区域受回采影响，其应力往往能达到原岩应力的2～5倍，围岩变形破坏严重，支护体失效频繁，更是成为冒顶、冲击地压等事故频发之地，严重威胁井下工人生命财产安全。国内外工程实例表明，巷道液压支架支护强度大、稳定性高，能够提高巷道安全系数，防止巷道在冲击地压发生时被摧毁，保护区域内作业人员生命安全。因此，选择合适的巷道超前支护液压支架对综采工作面安全生产非常重要。
目前巷道液压支架选型以经验选取为主，支架选型多只考虑支撑强度而忽略围岩变形破坏特征，同时未考虑冲击地压对支架选型的影响，常出现因巷道支护液压支架选型不合理而导致的支护效果差问题。因此，有必要提出一种科学且符合现场实际的巷道支护液压支架选型方法。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种能够实现有效解决现有巷道支护液压支架选型不合理问题的冲击地压巷道液压支架选型方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种冲击地压巷道液压支架选型方法，包括以下具体步骤：
步骤1）、根据矿井与采煤工作面的工程地质条件，确定冲击地压类型；
步骤2）、根据受采动影响巷道所需的总支护强度，与锚杆索提供的支护强度相减，计算得到巷道液压支架所需提供的支护强度p z ；
步骤3）、根据前期采煤工作面推采过程中的钻孔应力监测、锚杆索受力监测、巷道变形监测或微震监测的数据，确定采煤工作面回采的超前显著影响范围，并将超前显著影响范围作为巷道液压支架的支护范围；
步骤4）、根据冲击地压释放能量，确定巷道液压支架防冲性能；
步骤5）、根据巷道形状确定巷道液压支架形状；
步骤6）、根据巷道断面尺寸确定巷道液压支架尺寸及支撑高度；
步骤7）、根据巷道围岩条件确定巷道液压支架移架方式；
步骤8）、确定巷道液压支架型号与具体支护参数。
优选的，步骤1）中的冲击地压类型主要分为煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型三种类型。
优选的，步骤2）中巷道液压支架所需提供的支护强度p z 的计算公式为：
Figure 399223DEST_PATH_IMAGE001
式中，q为巷道承受直接顶重力，kN；p g 为顶板锚杆提供的支护阻力，kN；p s 为顶板锚索提供的支护阻力，kN；K d为巷道动载系数，取1.5～3.5；b为巷道宽度，m；h为顶板破坏高度，可取松动圈厚度或直接顶厚度，m；γ为顶板破坏高度范围内煤岩体容重，kN/m3；α为煤层倾角，°；η g、η s为锚杆、锚索支护效率，%；n g、n s为单位长度巷道顶板的锚杆、锚索数量；N g、N s为锚杆、锚索支护破断力，kN。
优选的，步骤3）中巷道液压支架的支护范围应满足《煤矿安全规程》所规定的加强支护的巷道范围不小于20m，若巷道动力显现明显，应加大支护距离。
优选的，步骤4）中冲击地压释放能量根据微震监测历史最大能量确定或通过理论计算得到，设冲击地压释放能量为E，震源距巷道某位置距离为R，则液压支架支护范围内巷道接收的最大能量E c 为：
Figure 622394DEST_PATH_IMAGE002
式中，α2为折减系数，一般可取0.3；x1为震源点距巷道端头距离，m；x2为震源点距巷道超前支护区域末端距离，m；
假设巷道接收的冲击能量全部由液压支架吸收，则液压支架吸能能力应满足：
Figure 952882DEST_PATH_IMAGE003
式中，E s 为液压支架总的吸能量，kJ；E i 为单个支架的吸能量，kJ；n为超前支护区域内液压支架数量，个。
优选的，步骤5）中液压支架形状与应与巷道形状相适应，具体为：拱形巷道可选择拱形液压支架，矩形巷道可选择平直顶梁液压支架，梯形巷道可选择顶梁可旋转调节的液压支架或形状为梯形的液压支架。
优选的，步骤6）中液压支架尺寸与应与巷道断面尺寸相适应，具体为：巷道高度应在液压支架最大、最小支撑高度范围内，且需留有一定调节区间。
优选的，步骤7）中液压支架移架方式与应与巷道围岩条件相适应，具体为：若顶煤较硬且完整性较好，优先选用自移式支架，若顶煤较弱，反复支撑易破碎，则优先采用循环式支架。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
（1）本方法原理科学，易于操作，基于理论计算、现场矿压监测数据以及围岩实际条件分析，有利于获得正确的超前支护强度和支护范围，确定合适的巷道液压支架选型方案，避免因支架选型不合适而导致的支护效果差的问题。
（2）本方法在支架选型中基于冲击地压释放能量设计了巷道液压支架吸能能力选型要求，有利于增大巷道安全系数，在冲击地压发生时通过吸收能量保护巷道支护***不失效，避免人员伤亡。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种冲击地压巷道液压支架选型方法,包括以下操作步骤：
步骤1）、根据矿井与采煤工作面的工程地质条件，确定冲击地压类型；
步骤2）、根据受采动影响巷道所需的总支护强度，与锚杆索提供的支护强度相减，计算得到巷道液压支架所需提供的支护强度p z ；
步骤3）、根据前期采煤工作面推采过程中的钻孔应力监测、锚杆索受力监测、巷道变形监测或微震监测的数据，确定采煤工作面回采的超前显著影响范围，并将超前显著影响范围作为巷道液压支架的支护范围；
步骤4）、根据冲击地压释放能量，确定巷道液压支架防冲性能；
步骤5）、根据巷道形状确定巷道液压支架形状；
步骤6）、根据巷道断面尺寸确定巷道液压支架尺寸及支撑高度；
步骤7）、根据巷道围岩条件确定巷道液压支架移架方式；
步骤8）、确定巷道液压支架型号与具体支护参数。
优选的是：
步骤2）中巷道液压支架所需提供的支护强度p z 的计算公式为：
Figure 65149DEST_PATH_IMAGE001
式中，q为巷道承受直接顶重力，kN；p g 为顶板锚杆提供的支护阻力，kN；p s 为顶板锚索提供的支护阻力，kN；K d为巷道动载系数；h为顶板破坏高度，m；b为巷道宽度，m；γ为顶板破坏高度范围内煤岩体容重，kN/m3；α 1为煤层倾角，°；η g、η s为锚杆、锚索支护效率，%；n g、n s为单位长度巷道顶板的锚杆、锚索数量；N g、N s为锚杆、锚索支护破断力，kN。
步骤3）中巷道超前支护液压支架的支护范围应满足：无冲击危险区域巷道加强支护范围不小于20m，弱冲击危险区域巷道加强支护范围不小于70m，中等及以上冲击危险区域巷道加强支护范围不小于120m，若采动影响范围超过上述值，或巷道动力显现明显，应加大超前支护距离。
步骤4）中冲击地压释放能量E可根据微震监测历史最大能量确定，也可通过理论计算得到，设冲击地压释放能量为E，震源距巷道某位置距离为R，则液压支架支护范围内巷道接收的最大能量E c 为：
Figure 698256DEST_PATH_IMAGE004
式中，α2为折减系数，一般可取0.3；x1为震源点距巷道端头距离，m；x2为震源点距巷道超前支护区域末端距离，m。
假设巷道接收的冲击能量全部由液压支架吸收，则液压支架吸能能力应满足：
Figure 533357DEST_PATH_IMAGE003
式中，E s 为支架总的吸能量，kJ；E i 为单个支架的吸能量，kJ；n为超前支护区域内液压支架数量，个。
步骤5）中液压支架形状与应与巷道形状相适应，拱形巷道可选择拱形液压支架，矩形巷道可选择平直顶梁液压支架，梯形巷道可选择顶梁可旋转调节的液压支架或形状为梯形的液压支架；
步骤6）中液压支架尺寸与应与巷道断面尺寸相适应，巷道高度应在液压支架最大、最小支撑高度范围内，且需留有一定调节区间，以液压立柱在最大行程的2/3时恰好能支撑顶板最为适宜，即：
Figure 277322DEST_PATH_IMAGE005
式中，S 1为支架最小支撑高度，m；S 2为支架最大支撑高度，m；H为巷道平均高度，m。
步骤7）中液压支架移架方式与应与巷道围岩条件相适应，若顶煤较硬且完整性较好，优先选用自移式支架，若顶煤较弱，反复支撑易破碎，则优先采用循环式支架；
步骤8）确定支架型号与具体支护参数。
下面按照本发明的操作步骤列举在某矿的具体实施例：
本实施例结合某矿工程实例，对本发明提供的一种冲击地压巷道支护液压支架选型方法的具体实施方式作进一步说明。某矿11302工作面回采3-1煤层，煤层平均厚度4.0m，煤层层位稳定，厚度变化较小。煤层上部7m为泥岩，其单轴压缩强度为22MPa；煤层上部7～24m为砂质泥岩，其单轴压缩强度为25MPa；煤层上部24～35m为中砂岩，其单轴压缩强度为34MPa；煤层下部为10m厚的砂质泥岩，其单轴压缩强度为22MPa。11302回风巷沿底掘进，两侧均为实体煤，巷道断面形状为矩形，巷道尺寸宽×高=5.5m×3.6m，工作面回采期间采用冲击地压巷道支护液压支架选型方法的具体实施步骤如下：
步骤1）、根据煤层上方顶板岩层赋存条件及历史开采过程中的动力显现情况，综合确定冲击地压类型为顶板断裂型冲击地压；
步骤2）、根据受采动影响巷道所需的总支护强度，与锚杆索提供的支护强度相减，计算得到巷道液压支架所需提供的支护强度p z ；
据11302回风巷顶底板岩层赋存情况和支护情况，单位长度巷道内液压支架所需提供的支护强度p z 至少需满足：
Figure 265001DEST_PATH_IMAGE006
式中，K d为巷道动载系数，取2.5；b为巷道宽度，5.5m；h为顶板破坏高度，取直接顶厚度，7m；α为煤层倾角，0°；γ为顶板破坏高度范围内煤岩体容重，取26kN/m3；η g、η s为锚杆、锚索支护效率，分别取40%、60%；n g、n s为单位长度巷道顶板的锚杆、锚索数量，分别取8、4；N g、N s为锚杆、锚索支护破断力，分别取150kN、350kN。
步骤3）、根据11302回风巷相邻工作面推采过程中钻孔应力监测数据，采动影响范围约70m，显著影响范围为30m，因此巷道液压支架的支护范围确定为30m；
步骤4）、根据冲击地压释放能量，确定巷道液压支架防冲性能；
该矿历史开采过程中微震***监测最大矿震能量为3.2E+07J，考虑极端情况，假设震源位置位于巷道出口正上方20m的老顶岩层中，则工作面超前0～30m范围内巷道接收的最大能量E c 为：
Figure 928063DEST_PATH_IMAGE007
假设巷道接收的冲击能量全部由液压支架吸收，则支护范围内液压支架总体吸能能力应不少于4672kJ。
步骤5）、根据巷道形状确定巷道液压支架形状；
11302回风巷巷道形状为矩形，应选用与巷道顶板接触面积较大的平直顶梁的液压支架。
步骤6）、根据巷道断面尺寸确定巷道液压支架尺寸及支撑高度；
11302回风巷巷道尺寸为5.5m×3.6m，考虑到局部区域巷道宽度变化和高度变化，支架最大宽度应小于5.5m，支架最大支撑高度应不小于4.0m，最小支撑高度应不大于3m。
步骤7）、根据巷道围岩条件确定巷道液压支架移架方式；
11302回风巷巷道顶煤强度较高，完整性好，掘进过程中无顶煤塌冒等问题，适合采用自移式巷道液压支架。
步骤8）确定支架型号与具体支护参数。
根据步骤1）～8），支架可选择装有吸能装置的ZZ12000/25/42型支撑掩护式支架，超前支护区域内共布置5架，对顶板的支护强度为0.36MPa，是0.22MPa的1.63倍；单架吸能量超过2000kJ，总吸能量超10000kJ，满足巷道防冲吸能要求。
11302工作面回采期间，支架运行良好，巷道未发生冲击破坏，满足安全生产要求。
以上实施例说明了本发明的基本结构和特点，但上述仅仅说明了本发明的较优实施例，并不受所述实施例的限制。本领域的普通技术人员在本专利的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式变形和改进，这些均属于本发明的保护范围之内。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种冲击地压巷道液压支架选型方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1）、根据矿井与采煤工作面的工程地质条件，确定冲击地压类型；
步骤2）、根据受采动影响巷道所需的总支护强度，与锚杆索提供的支护强度相减，计算得到巷道液压支架所需提供的支护强度p z ；
步骤3）、根据前期采煤工作面推采过程中的钻孔应力监测、锚杆索受力监测、巷道变形监测或微震监测的数据，确定采煤工作面回采的超前显著影响范围，并将超前显著影响范围作为巷道液压支架的支护范围；
步骤4）、根据冲击地压释放能量，确定巷道液压支架防冲性能；
步骤5）、根据巷道形状确定巷道液压支架形状；
步骤6）、根据巷道断面尺寸确定巷道液压支架尺寸及支撑高度；
步骤7）、根据巷道围岩条件确定巷道液压支架移架方式；
步骤8）、确定巷道液压支架型号与具体支护参数。
2.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道液压支架选型方法，其特征在于：步骤1）中的冲击地压类型主要分为煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型三种类型。
3.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道液压支架选型方法，其特征在于：步骤2）中巷道液压支架所需提供的支护强度p z 的计算公式为：
Figure 31206DEST_PATH_IMAGE001
式中，q为巷道承受直接顶重力，kN；p g 为顶板锚杆提供的支护阻力，kN；p s 为顶板锚索提供的支护阻力，kN；K d为巷道动载系数，取1.5～3.5；b为巷道宽度，m；h为顶板破坏高度，可取松动圈厚度或直接顶厚度，m；γ为顶板破坏高度范围内煤岩体容重，kN/m3；α为煤层倾角，°；η g、η s为锚杆、锚索支护效率，%；n g、n s为单位长度巷道顶板的锚杆、锚索数量；N g、N s为锚杆、锚索支护破断力，kN。
4.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道液压支架选型方法，其特征在于：步骤3）中巷道液压支架的支护范围应满足《煤矿安全规程》所规定的加强支护的巷道范围不小于20m，若巷道动力显现明显，应加大支护距离。
5.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道液压支架选型方法，其特征在于：步骤4）中冲击地压释放能量根据微震监测历史最大能量确定或通过理论计算得到，设冲击地压释放能量为E，震源距巷道某位置距离为R，则液压支架支护范围内巷道接收的最大能量E c 为：
Figure 172338DEST_PATH_IMAGE002
式中，α2为折减系数，一般可取0.3；x1为震源点距巷道端头距离，m；x2为震源点距巷道超前支护区域末端距离，m；
假设巷道接收的冲击能量全部由液压支架吸收，则液压支架吸能能力应满足：
Figure 14523DEST_PATH_IMAGE003
式中，E s 为液压支架总的吸能量，kJ；E i 为单个支架的吸能量，kJ；n为超前支护区域内液压支架数量，个。
6.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道液压支架选型方法，其特征在于：步骤5）中液压支架形状与应与巷道形状相适应，具体为：拱形巷道可选择拱形液压支架，矩形巷道可选择平直顶梁液压支架，梯形巷道可选择顶梁可旋转调节的液压支架或形状为梯形的液压支架。
7.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道液压支架选型方法，其特征在于：步骤6）中液压支架尺寸与应与巷道断面尺寸相适应，具体为：巷道高度应在液压支架最大、最小支撑高度范围内，且需留有一定调节区间。
8.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道液压支架选型方法，其特征在于：步骤7）中液压支架移架方式与应与巷道围岩条件相适应，具体为：若顶煤较硬且完整性较好，优先选用自移式支架，若顶煤较弱，反复支撑易破碎，则优先采用循环式支架。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111414659A (zh) * 2020-03-23 2020-07-14 辽宁工程技术大学 一种煤矿冲击地压巷道三级吸能支护设计方法
CN111852512A (zh) * 2020-07-24 2020-10-30 东北大学 一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置及使用方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111414659A (zh) * 2020-03-23 2020-07-14 辽宁工程技术大学 一种煤矿冲击地压巷道三级吸能支护设计方法
CN111852512A (zh) * 2020-07-24 2020-10-30 东北大学 一种煤矿巷道底板型冲击地压防治装置及使用方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
施天威;潘一山;王爱文;代连朋;: "基于能量贮存及释放主体的煤矿冲击地压分类", 煤炭学报, no. 02, pages 524 - 532 *
潘一山;齐庆新;王爱文;肖永惠;陈建强;吕祥锋;徐连满;代连朋;: "煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术", 煤炭学报, no. 05, pages 1585 - 1594 *
潘一山等: "冲击地压矿井综采工作面两巷超前支护液压支架研究", 煤炭科学技术, vol. 49, no. 6, pages 8 - 10 *

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