为全面掌握大众公司12081工作面支柱与底板的相互作用现状, 必须测量和研究12081工作面底板的煤层或岩层抗压入特性, 确定容许的底板比压值, 以选定单体支柱的底座面积与合理支护密度, 增强支护系统的刚度。对指导和加强回采工作面底板管理工作, 搞好安全生产有重要意义。
1 采用BPN型比压仪测定实体煤层的比压
如图1BPN内注式静压底板比压仪结构简图所示, BPN型内注式静压比压仪, 油缸内径φ80mm。分别配套用φ60mm, φ80mm, φ100mm, φ130mm的四个压模。比压仪安装后最低高度高于工作面采高, 在测试时必须把浮煤清除, 并挖100mm~300m m左右的测试坑, 因此测试数据能完全反映实体煤层或者岩层底板的抗压强度。但是不能测试12081工作面底板表层浮煤以及底板风化煤层的抗压强度。测试前, 做好方案讨论和班前准备;测试时, 三位工程技术人员配一位技工进行现场测试, 详细记录测试过程。 (如图1) 。
1—油缸;2—活柱;3—接长柱;4—手把体;5—卸压阀;6—通气阀;7—泵体;8—活塞;9—卸载手把;10—顶盖;11—底板压模;12—压力表
2 采用DZD40-A比压仪测定风化浮煤层的比压
DZD40-A底板比压仪是从山东购置的新产品, 如图2所示。规格:工作压力:0~40MP a, 泵缸容积:589cm3;操纵手把最大力矩:66N·m;测锚杆拉力:10t;压模规格φ:40mm、60mm、80mm、130mm;重量:10kg;油缸内径φ100mm。该机集增压、测压、测底板比压 (配压模) 、测锚杆拉力 (配卡具) 功能 (如图2) 。
于一身。无供液系统地段支护抢险, 液压支柱修理后的压力测式等。便于携带, 灵活方便, 使用支柱初撑力达到256MPa以上。该比压仪结构合理, 不受工作面采高限制, 在测试时不需要挖测试坑, 能够直接、快速测试工作面底板表层浮煤以及底板风化煤层的抗压强度。
注:工作面长度135m, 钻孔资料为:采高/下分层煤厚/距机头距离。
3 测点布置
在工作面每测区距煤壁1m~4m之间建测点, 共建16个测点。测点布置情况见测点布置表1。
4 测点所在位置与工作面煤厚钻孔资料的比对
为了进一步分析判断各测点处的煤岩特性, 我们结合12081工作面煤层厚度的地质钻孔资料进行比对, 该系列煤厚钻孔距离底板比压测点的位置在施工时间上仅仅相差不到十天。图3是12081工作面煤层厚度钻孔位置示意图, 表2是12081工作面煤层厚度钻孔资料一览表。从图表中可见, 从图表中可见, 由于工作面的煤层厚度变化比较大, 大部分是煤层底板, 而个别测点就成为岩层底板 (如表2、图3) 。
底板比压测试数据的计算和处理。
找出分层破坏的临界点 (拐点) , 求出该点的极限抗压入强度 (即极限比压) 和刚度系数及建议底板允许比压。
(1) 底板比压计算公式:
式中:qmi为第i次加压时压模下的底板比压值, MPa;
qi为第i次加压时油压表的显示值, MP a;
D为比压仪油缸内径, mm;
dm为比压仪底座压模直径, mm。
(2) 压模压入底板深度的计算公式:
式中:hi为第i次加压时压模压入底板总量, mm;
Hi为第i次加压时仪器压入深度观测值, mm;
H0为初撑操作时仪器上初始深度观测值, mm。
(3) 底板刚度系数计算公式:
式中:Km为测定底板的刚度系数, MPa/m m;
qm为底板分层极限比压, MPa;
hm为极限比压所对应的压入量, mm。
(4) 底板容许比压的确定。
底板容许比压是指避免支柱钻底而确定的支柱底座对底板的最大比值, 可用下式计算:
式中:qc为底板容许比压, MPa;
C为安全系数, 一般取0.75;
qm为底板实测底板比压, MPa。
5 结语
通过对工作面底板的煤层或岩层抗压入特性, 确定容许的底板比压值, 以选定单体支柱的底座面积与合理支护密度, 增强支护系统的刚度的多次应用研究, 对加强回采工作面底板的支护有很大帮助。
摘要：为全面掌握大众公司12081工作面支柱与底板的相互作用现状, 必须测量和研究12081工作面底板的煤层或岩层抗压入特性, 确定容许的底板比压值, 以选定单体支柱的底座面积与合理支护密度, 增强支护系统的刚度。对指导和加强回采工作面底板管理工作, 搞好安全生产有重要意义。
关键词：底板特性,比压