模擬試驗(yàn)支架阻力監(jiān)測(cè)應(yīng)用范文

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1支架阻力監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用

1.1相似模擬試驗(yàn)的準(zhǔn)備辛安煤礦1402工作面工程背景：煤層平均厚度9.3m，煤層傾角一般為3°～9°，埋深108.5m.工作面長(zhǎng)200m，走向長(zhǎng)度1470m.該面采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤法，采高3.5m，采用一采一放的放煤方式，日進(jìn)尺4.5m，采放比1:1.58.1402工作面支架型號(hào)為ZF8000/22/35，支撐高度2.2m～3.5m，初撐力6185kN，額定工作阻力8000kN，端面距0.34m，頂梁長(zhǎng)度4.82m，支架寬度1.5m.將ZF8000/22/35支架和模擬支架的相關(guān)參數(shù)代入式（5）得到液壓缸內(nèi)壓強(qiáng)與支架阻力的關(guān)系相似模擬試驗(yàn)需要滿足以下條件：幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似.試驗(yàn)依據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的尺寸選用如下相似常數(shù)：幾何相似常數(shù)αL=100︰1，運(yùn)動(dòng)相似常數(shù)αt=10︰1，容重相似比αγ=1.7︰1，強(qiáng)度相似比ασ=170︰1.試驗(yàn)以沙子為骨料，石灰石膏為膠結(jié)物，云母片為分層材料，根據(jù)地層巖石單軸抗壓強(qiáng)度和相似比等參數(shù)對(duì)材料進(jìn)行配比.考慮模型鋪裝過(guò)程材料損失，以材料損失系數(shù)1.1進(jìn)行模型用料配比，材料配比詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1.鋪設(shè)模型時(shí)，控制模型鋪裝厚度，單層厚度不超過(guò)2cm，每層所需的材料攪拌均勻后撒入模型架中，然后耙平，壓緊，夯實(shí).層與層間加適量云母粉分層.

1.2相似模擬試驗(yàn)過(guò)程模型達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度后，進(jìn)行開(kāi)切眼，切眼長(zhǎng)10cm，高3.5cm，距離模型左邊界15cm.開(kāi)切眼后安裝模擬支架.模型每隔2.4h開(kāi)采一次，一次回采長(zhǎng)度4.5cm，回采到33cm時(shí)開(kāi)始放煤.當(dāng)回采工作面距模型右邊界15cm時(shí)停止開(kāi)采.ZF8000/22/35的初撐力是6185kN，由式（6）可知每次回采移架后，模擬支架都給予0.094MPa的初撐力，每次移架前，讀取壓力表讀數(shù)，并記錄.模型開(kāi)采過(guò)程中模擬支架循環(huán)執(zhí)行降架、移架、升架過(guò)程.工作面回采到73m時(shí)(換算成實(shí)際尺寸)，老頂初次垮落；工作面回采到109m，老頂?shù)?次垮落.工作面回采到140.5m，老頂?shù)?次破斷.工作面回采到167.5m，老頂?shù)?次垮落，上覆巖層垮落波及至地表.老頂周期性來(lái)壓步距分別為36m、31.5m、27m，平均為31.5m.

1.3裝置測(cè)得數(shù)據(jù)結(jié)果分析開(kāi)采完畢后，將壓力表讀數(shù)按式（6）換算成工作阻力，并繪制成工作面推進(jìn)過(guò)程中支架工作阻力變化曲線和模擬支架工作阻力分布圖.由圖3可知：工作面回采到73m、109m、140.5m時(shí)，支架的工作阻力分別是6420kN、7532kN、6490kN，工作阻力為支架受力變化趨勢(shì)線的局部最優(yōu)值.這種局部最大值出現(xiàn)的回采距離和老頂前3次破斷時(shí)回采距離相一致.老頂破斷，支架阻力升高，然后降低，因此，上覆巖層周期性垮落是引起支架阻力周期性變化的原因，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中可以用支架阻力周期性變化來(lái)推測(cè)老頂周期性來(lái)壓步距。支架的最大工作阻力為7532.1kN，為額定工作阻力的94.15%；平均工作阻力為5789.2kN，為額定工作阻力的72.36%，支架利用率較高.由圖4可知，支架的工作阻力60.6%在5000～6000kN；支架工作阻力分布呈現(xiàn)正弦波形，分布比較合理.

2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1觀測(cè)方案為檢驗(yàn)相似模擬試驗(yàn)支架阻力監(jiān)測(cè)裝置的可靠性，對(duì)辛安煤礦1402工作面采場(chǎng)液壓支架的工作阻力進(jìn)行了觀測(cè).采場(chǎng)支架工作阻力監(jiān)測(cè)采用的是KJ22礦井液壓支架壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng).為了減小煤柱對(duì)支架工作阻力的影響，在靠近工作面中部布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖5.對(duì)支架分別編號(hào)1#和2#，觀察了工作面推由335m到405m的支架工作阻力值.每個(gè)交接班對(duì)工作面壓力監(jiān)測(cè)讀取一次數(shù)據(jù)，并做好記錄。

2.2觀測(cè)結(jié)果分析由圖6可知：1#支架最大工作阻力為7089.6kN，是額定工作阻力的88.62%，平均工作阻力為5430.3kN，是額定工作阻力的67.88%.2#支架最大工作阻力為7844kN，是額定工作阻力的98.05%，平均工作阻力為5705.9kN，是額定工作阻力的71.32%.由圖7可以看出，1#、2#支架工作阻力74.2%和64.5%分布在5000kN～6000kN，工作阻力分布呈現(xiàn)正弦波形，分布比較合理.現(xiàn)場(chǎng)平均工作阻力為5568kN，為額定工作阻力的69.6%，與相似模擬試驗(yàn)支架阻力監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得平均工作阻力和支架利用率相差不大.采場(chǎng)支架工作阻力主要的分布范圍和相似模擬試驗(yàn)支架阻力監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得的工作阻力主要分布范圍相同.因此，相似模擬試驗(yàn)支架阻力監(jiān)測(cè)裝置能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)支架工作阻力，具有良好的可靠性.

3結(jié)論

（1）基于相似模擬試驗(yàn)所需滿足條件和支架的工作阻力與頂板的支護(hù)強(qiáng)度和頂梁面積的關(guān)系，建立了現(xiàn)場(chǎng)支架工作阻力和模擬支架測(cè)量參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，自制了相似模擬試驗(yàn)支架阻力監(jiān)測(cè)裝置.通過(guò)相似模擬試驗(yàn)的應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的驗(yàn)證可知：相似模擬試驗(yàn)支架阻力監(jiān)測(cè)裝置能夠模擬采場(chǎng)支架的工作阻力，且具有良好的可靠性.（2）由辛安煤礦進(jìn)行的相似模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知：支架阻力監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得最大工作阻力為7532.1kN，平均工作阻力為5789.2kN.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)最大支架阻力為7844kN，平均工作阻力為5568kN.模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)支架工作阻力主要分布在5000kN～6000kN，工作阻力分布呈現(xiàn)正弦波形，該礦支架選型合理.（3）相似模擬試驗(yàn)支架阻力監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)出支架工作阻力具有周期性變化和模擬試驗(yàn)頂板周期性垮落相一致.因此，上覆巖層周期性垮落是引起支架阻力周期性變化的原因，利用模擬支架阻力的周期性變化可以推測(cè)算出工作面周期性來(lái)壓步距.

作者：賈立鋒裴伯康梁冰孫維吉曲瑞單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院