七台河市永达煤矿
摘要:采煤工作面合理支护密度的有效确定，一方面能够有效构建采煤工作流线，以此提升煤业工作的效率和质量，并为采煤工作面结构体系的经济性提供保障；另一方面则维护了采煤工作人员的生命财产安全，为大范围的采煤工作开展搭建了稳定的开采环境，降低了采煤事故的发生概率。本文基于采煤工作面合理支护密度展开分析，在明确采煤支护的原则与数据特性的同时，期望能够为后续煤业工作的开展提供良好参照。
关键词:采煤工作面；支护密度；合理性；顶板压力
一、采煤工作面支护原则概述
传统采煤工作中，由于内部工作空间荷载力等诸多方面的影响，往往需要在固定部位采取单根支柱保障局部荷载有效传导，才能避免采煤工作环境由于机械振动等影响，造成采煤坍塌事故。期间若是采煤工作环境与顶板结构状态较为特殊，便需要根据实际情况与可能造成的隐患进行分析，确保采取有效的支护形式与传统单根支柱相结合，并明确板内荷载的变量状况，才能确保采煤作业空间稳定。以传统单根支柱为主要支护方式时，需要从支柱的柱距、排距、数量、角度与构件长短综合分析，在明确荷载变量与可持续的采煤作业深度影响后，才能根据模型数据对采煤空间进行布局，以此保障支护质量。由此可见，在落实支护系统施工期间，必须根据采煤环境选择适宜的施工流程与方法，并遵守支护原则，才能避免构件无用功的出现。
首先，在支护体系排列时，需确保支柱尽量在一条直线上，当然前提是采煤工作面的煤壁是呈规则型开凿的，如此在分析地方荷载力环境与工作流线时，便能够提供更加便捷与明显的模型分析条件，并通过均匀的布置形式，有效分摊荷载压力，避免因为局部压力过大导致支柱构件受到损伤，从而为工程结构环境的稳定性埋下隐患。
其次，在设计支护排数期间，必须根据采煤面工作空间尺寸需求分析，在明确不影响工作流线及后续结构敷设进度的环境下，才能针对支柱排数运算，若不根据实际状况降低排数，则势必会影响支护系统的稳定性，为后续工作的开展带来极为不稳定的风险。故而，在支柱排数敷设过程中，必须要求采煤工作按照规范进行合理开采，并考虑到结构空间稳定性的因素，才能避免排距与排数出现明显差异，影响系统结构的稳定性。
再次、在支柱长度与尺寸选择上，必须明确支柱材料与荷载形变量之间的关系，如此才能根据环境特点提供支护效能。期间若支护长度太短或太长，都无法满足承载力有效传导的需求，设置极易导致顶板变形，为后续工作的开展埋下风险。同样尺寸过小会影响结构稳定性，而尺寸过大则会影响支护体系构建的经济性和工作空间流线。
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最后，在柱距和支柱角度选择方面，支柱柱距必须根据顶板形变量与单位荷载参数进行分析，而后再提供合理的柱距分摊单位荷载力；同时支护角度应当根据承载压力分摊环境细致要求，确保不会导致结构体系相互干扰且出现倾倒的风险，才能为采煤面支护体系的构建提供保障。
二、采煤工作面支护密度分析
合理的确定采煤工作面的支护密度对于保证采煤作业的正常高效生产具有很大影响作用，因此，在确定支护密度时必须要综合考虑施工现场的地质条件，以及作业需要，根据支护工程施工有关规定与技术要求进行，以实现最佳的支护密度值。
1. 影响支护密度的因素
在采煤工作面的支护密度确定中，其主要的影响因素有顶板压力的大小、支柱类型、性能、质量的优劣；工作面支护布置的方式以及生产管理水平的高低、操作是否合理，工作面推进快慢，工作面的规章制度是否健全，执行是否认真等多个方面。
2. 工作面顶板压力计算
支柱所承受的载荷由下列三个部分组成：直接顶的重量作用到支柱上的载荷Q1；由于裂隙影响，而使老顶不能形成平衡拱那部分岩石重量及老顶周期压力影响，通过直接作用到支柱上的载荷Q2；由于支柱性能改变及操作质量影响使支柱所承受的附加载荷Q3。由于矿田煤层顶板多为I·Ⅱ类顶板，因此，以I.Ⅱ类顶板特点为依据。通过煤层采高计算直接顶垮落高度和岩石重量，并用系统数考虑老顶和支护质量的影响，对顶板压力做以计算。
3. 单体液压支柱的选型与实际工作阻力的计算
（1）支柱选择的依据：不同型号的支柱工作阻力，支护密度的大小也不同.因此。在确定支护密度之前，要对支柱进行选型，以确定支柱的额定工作阻力。为此，以计算支柱的最大与最小高度，做为支柱选型的依据。
（2）单体液压支柱实际工作阻力的计算，在工作面上由于单体液压受支柱完好情况、支柱支护质量、控顶距变化、支柱在工作面中所处的位置及支柱增阻特性等不同因素的影响.其实际可能达到的工作阻力变化是很大的。因此不能用说明书上的工作阻力直接进行支护密度的计算，必须用支柱实际可能达到的阻力计算支护的密度。
4. 支柱支护密度的确定
（1）支护密度的选择计算。由于支柱实际可能达到的工作阻力Ps和顶板压力Pi已经确定，因此，可用下式计算工作面的支护密度：
Ni=Pi/Ps
式中Ni--顶板支护密度，根/立方米；
Pi--顶板单位面积上的压力；
Ps--支实际可能达到的工作阻力。
而工作面实际支护密度还要受场支架布置方式、下料、行人、机道宽度、通风断面等条件的限制，因此，必须通过对采场支架布置图的支护密度进行计算，才能验算其是与M值相符合与否。
（2）讨论：当Ns<ni时.说明工作面支护密度达不到安全的要求，当ns≥ni时.并且互相接近时为合理，否则应重新调整工作面支架布置方式。一般情况下ns-ni不大于10%时为合理.若ns比ni大于10%以上时.说明工作面的实际支护密度太大。不经济，劳动强度大，也不合理。
当出现上述情况，要对工作面的支护规格进行调整。调整到合理支护密度。为此式中的Ni，用Ns代替得下式：
N=n/L[s（n—1）+a]
一般情况下，工作面的支柱排数n是根据工作面的必要工作空间和通风断面要求确定的。机组截深s是由顶板状况、机组功率大小、机组滚筒宽度，配套的顶梁长度决定的。机道宽度a一般可定为1.2m，因此.n、s、a为已确定的已知道.这样只要调整柱距L。就可以达到调整N的目的。故转换成下式：
L=n/Ni[s×（n一1）+s]
分别将n、Ni、s、a已知值代人式中就可以计算出Ni应的I值。则按L、n、S各值设计采场支护布置。其支护密度Ns和用顶板压力Pi，支柱实际工作阻力Ps算出的支护Ni，必定是相等和十分相近的，因此该支护密度是合理的。
三、结语
采煤工作面支护体系的有效构建，不但能够为采煤工作人员的生命财产安全和后续施工进度提供稳定的空间保障，以此优化采煤企业在功能体系方面的优势，同时更可以利用支护结构优化采煤工作的施工流线，以便为工作质量和效率提供可持续拓展平台。故而，在论述采煤工作面合理支护密度的过程中，必须明确采煤工作面荷载变量的影响因素，并根据相应参数细致分析，才能有效为功能体系的构建提供稳定性的保障。
参考文献:
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论文作者:肖龙凤
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/17
标签：工作面论文; 支柱论文; 密度论文; 顶板论文; 工作论文; 荷载论文; 阻力论文; 《防护工程》2018年第20期论文;