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综放面合理停采线位置的确定*

中国矿业大学曹胜根刘长友
潞安王庄煤矿韩强常安明

摘要通过实验室相似模拟试验,对综放面收尾撤架空间的顶板稳定性进行了研究。结
果表明,当工作面位于周期来压期间时,会给支架回撤带来很不安全隐患;当工作面位于周
期来压之后时,此时收尾撤架非常有利于顶板的管理。最后给出了一个应用实例。
关键词综放开采收尾撤架模拟实验

综放开采停采线位置一般根据上(下)山(3)工作面合理停采线的确定。
煤柱的尺寸在设计时就已确定。实践证明,这为能较好地观测顶板的破坏状态,模拟

种不根据顶板来压状况设计的停采线位置对支架围岩关系,模型实验采用大线比,即C1
收尾撤架空间顶板的稳定性有很大影响。为=10。用相似材料分层铺设,层间撒云母粉,
此在实验室就工作面来压对综放面收尾撤架分层间切割裂隙,模拟顶煤中的层理、裂隙。
的影响进行了试验分析。老顶用预制砌块模拟,砌块长度根据实际周
期来压步距按比例做成。模型开采时已经历
1模型设计
多次周期来压。模型的配比及强度与原理强
工作面来压是老顶断裂回转的过程,其度见表1所示。
变形是一种给定变形,其下面的直接顶、顶煤
表1相似材料选择
及支架必须适应老顶的运动状态。因此,综放
抗压强度/MPa
面收尾撤架空间处在老顶断裂线以内,直接岩性相似材料
原型模型
处在老顶来压的影响范围,和处在老顶断裂
底板42.82.5砂、水泥、石膏
线以外,撤架空间免受老顶来压影响时,顶煤
的变形破坏状况及支架的工作状态将是不同煤层201.2砂、水泥、石膏、粉煤灰、锯沫
直接顶42.82.5砂、水泥、石膏
的,对支架的安全顺利撤架有着不同的影响。
老顶60.63.6砂、水泥、石膏
为此,在中国矿业大学岩控中心实验室,通过
相似材料模拟实验,对以上两种情况进行实
验比较,以便给出定量、直观全面的分析。模拟支架围岩关系时,支架的四个立柱
模型实验内容:用小液压千斤顶模拟,其上用3mm厚的钢板
(1)工作面收尾撤架空间处在老顶来压模拟顶梁。利用液压稳压器、液压管路和小千
断裂线以内时,周期来压对顶煤稳定性及支斤顶相连,实现支架的初撑,通过管路中的截
架的影响。止阀和精密压力表实现支架的增阻并测量其
(2)工作面收尾撤架空间处在老顶来压阻力大小。模型上边界的加载通过液压稳压
断裂线以外时,顶板垮落对支架及顶煤稳定器加载系统加载。
性的影响。模型开采过程中顶板的变形破坏通过
7V07数值巡回检测系统自动记录,并配合直
*国家自然科学基金重点项目资助(编号:59734090)尺量测、照相等记录。

矿山压力与顶板管理1998.№4·59·
随着工作面的推进,工作面支护空间位于老
2实验结果及分析
顶来压之后,如图2所示。此时工作面前方老
2.1工作面位于周期来压期间顶断裂线尚未形成,老顶处于相对最为稳定
工作面停采时正好处于老顶的周期来压的时期,其下的直接顶和顶煤也处在最为稳
期间,如图1所示,老顶的断裂线和直接顶的定的状态。
破断线相互贯通,老顶的回转下沉即老顶来
压对顶煤的稳定性及支架产生很大影响。实
验表明,随着工作面的推进、老顶的回转,直
接顶的破断线终将形成,随着老顶回转角的
增大,直接顶的变形破断程度增大。
随着老顶回转角的增大,位于老顶和支

架间的顶煤及直接顶遭到最大程度的破坏,(a)
支架的载荷也随之增大,而且后侧立柱阻力
明显大于前侧立柱,后立柱的活柱缩量也远
大于前柱,使支架工作位态发生变化,支架前
梁呈抬头工作状态,形成综放面不良的支架
围岩关系。

(b)
图2工作面位于周期来压之后
(a)实验模型;(b)简化力学模型

实验表明,此阶段顶板下沉量和支架立
(a)
柱阻力增量非常小,分别在0.5mm和1N/
cm2以下。实验时保持此状态不变,随时间的
延长观测顶板(煤)的变形和立柱阻力的变
化,以模拟工作面在收尾撤架期间的支架围
岩变化。由实验所得顶板下沉和立柱阻力增
量随时间的变化关系。可见,随着时间的延
长,只要老顶岩层相对稳定,顶煤(板)垂直
位移量没有很大变化,相应地支架立柱阻力
(b)增量也很小。工作面在此种条件之下,是支架
图1工作面位于周期来压期间围岩最为稳定的时期,此时收尾撤架,非常有
(a)实验模型;(b)简化力学模型利于顶板管理。
工作面位于周期来压之后
2.22.3工作面合理停采线的确定
实验中,工作面经历了老顶的周期来压,由前述可知,当工作面停采时的位置正

·60·1998.№4矿山压力与顶板管理
好位于周期来压期间时,是最为不利的时空面开采过程中,应根据实测的周期来压步距
条件。此时工作面顶板稳定性很差,支架前后对停采线的位置作适当修正,做到合理、动态
立柱阻力不均,支架围岩关系比较恶化。这给
地确定停采线位置,使l在(0.4～0.6)l1的
现场