模拟试验支架阻力监测应用范文

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1支架阻力监测装置的应用

1.1相似模拟试验的准备辛安煤矿1402工作面工程背景：煤层平均厚度9.3m，煤层倾角一般为3°～9°，埋深108.5m.工作面长200m，走向长度1470m.该面采用走向长壁综合机械化采煤法，采高3.5m，采用一采一放的放煤方式，日进尺4.5m，采放比1:1.58.1402工作面支架型号为ZF8000/22/35，支撑高度2.2m～3.5m，初撑力6185kN，额定工作阻力8000kN，端面距0.34m，顶梁长度4.82m，支架宽度1.5m.将ZF8000/22/35支架和模拟支架的相关参数代入式（5）得到液压缸内压强与支架阻力的关系相似模拟试验需要满足以下条件：几何相似、运动相似、动力相似.试验依据试验台的尺寸选用如下相似常数：几何相似常数αL=100︰1，运动相似常数αt=10︰1，容重相似比αγ=1.7︰1，强度相似比ασ=170︰1.试验以沙子为骨料，石灰石膏为胶结物，云母片为分层材料，根据地层岩石单轴抗压强度和相似比等参数对材料进行配比.考虑模型铺装过程材料损失，以材料损失系数1.1进行模型用料配比，材料配比详细参数见表1.铺设模型时，控制模型铺装厚度，单层厚度不超过2cm，每层所需的材料搅拌均匀后撒入模型架中，然后耙平，压紧，夯实.层与层间加适量云母粉分层.

1.2相似模拟试验过程模型达到预定强度后，进行开切眼，切眼长10cm，高3.5cm，距离模型左边界15cm.开切眼后安装模拟支架.模型每隔2.4h开采一次，一次回采长度4.5cm，回采到33cm时开始放煤.当回采工作面距模型右边界15cm时停止开采.ZF8000/22/35的初撑力是6185kN，由式（6）可知每次回采移架后，模拟支架都给予0.094MPa的初撑力，每次移架前，读取压力表读数，并记录.模型开采过程中模拟支架循环执行降架、移架、升架过程.工作面回采到73m时(换算成实际尺寸)，老顶初次垮落；工作面回采到109m，老顶第2次垮落.工作面回采到140.5m，老顶第3次破断.工作面回采到167.5m，老顶第4次垮落，上覆岩层垮落波及至地表.老顶周期性来压步距分别为36m、31.5m、27m，平均为31.5m.

1.3装置测得数据结果分析开采完毕后，将压力表读数按式（6）换算成工作阻力，并绘制成工作面推进过程中支架工作阻力变化曲线和模拟支架工作阻力分布图.由图3可知：工作面回采到73m、109m、140.5m时，支架的工作阻力分别是6420kN、7532kN、6490kN，工作阻力为支架受力变化趋势线的局部最优值.这种局部最大值出现的回采距离和老顶前3次破断时回采距离相一致.老顶破断，支架阻力升高，然后降低，因此，上覆岩层周期性垮落是引起支架阻力周期性变化的原因，在实际的生产过程中可以用支架阻力周期性变化来推测老顶周期性来压步距。支架的最大工作阻力为7532.1kN，为额定工作阻力的94.15%；平均工作阻力为5789.2kN，为额定工作阻力的72.36%，支架利用率较高.由图4可知，支架的工作阻力60.6%在5000～6000kN；支架工作阻力分布呈现正弦波形，分布比较合理.

2现场试验验证

2.1观测方案为检验相似模拟试验支架阻力监测装置的可靠性，对辛安煤矿1402工作面采场液压支架的工作阻力进行了观测.采场支架工作阻力监测采用的是KJ22矿井液压支架压力监测系统.为了减小煤柱对支架工作阻力的影响，在靠近工作面中部布置两个测点，见图5.对支架分别编号1#和2#，观察了工作面推由335m到405m的支架工作阻力值.每个交接班对工作面压力监测读取一次数据，并做好记录。

2.2观测结果分析由图6可知：1#支架最大工作阻力为7089.6kN，是额定工作阻力的88.62%，平均工作阻力为5430.3kN，是额定工作阻力的67.88%.2#支架最大工作阻力为7844kN，是额定工作阻力的98.05%，平均工作阻力为5705.9kN，是额定工作阻力的71.32%.由图7可以看出，1#、2#支架工作阻力74.2%和64.5%分布在5000kN～6000kN，工作阻力分布呈现正弦波形，分布比较合理.现场平均工作阻力为5568kN，为额定工作阻力的69.6%，与相似模拟试验支架阻力监测装置测得平均工作阻力和支架利用率相差不大.采场支架工作阻力主要的分布范围和相似模拟试验支架阻力监测装置测得的工作阻力主要分布范围相同.因此，相似模拟试验支架阻力监测装置能够模拟现场支架工作阻力，具有良好的可靠性.

3结论

（1）基于相似模拟试验所需满足条件和支架的工作阻力与顶板的支护强度和顶梁面积的关系，建立了现场支架工作阻力和模拟支架测量参数之间的函数关系，自制了相似模拟试验支架阻力监测装置.通过相似模拟试验的应用和现场试验的验证可知：相似模拟试验支架阻力监测装置能够模拟采场支架的工作阻力，且具有良好的可靠性.（2）由辛安煤矿进行的相似模拟试验和现场试验可知：支架阻力监测装置测得最大工作阻力为7532.1kN，平均工作阻力为5789.2kN.现场试验监测最大支架阻力为7844kN，平均工作阻力为5568kN.模拟试验和现场试验支架工作阻力主要分布在5000kN～6000kN，工作阻力分布呈现正弦波形，该矿支架选型合理.（3）相似模拟试验支架阻力监测装置监测出支架工作阻力具有周期性变化和模拟试验顶板周期性垮落相一致.因此，上覆岩层周期性垮落是引起支架阻力周期性变化的原因，利用模拟支架阻力的周期性变化可以推测算出工作面周期性来压步距.

作者：贾立锋裴伯康梁冰孙维吉曲瑞单位：辽宁工程技术大学矿业学院辽宁工程技术大学力学与工程学院