采煤工作面合理支护密度的确定
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【摘要】本文主要分析了煤炭开采过程中，关于采煤工作面的支护密度的确定问题。文章首先分析了采煤工作面合理支护的基本原则，继而从影响支护密度的因素、工作面顶板压力的计算、单体液压支柱的选择以及支柱支护密度的确定等几方面详细探讨了采煤工作面支护系统中支护密度的合理确定方法及注意事项。
【关键词】采煤工作面；顶板压力；支护密度；确定
在煤炭企业的日常开采生产工作中，为了确保生产的正常稳定和开采人员的安全，都需要对采煤工作面进行必要的支护，支护系统工程的施工质量以及支护方式的合理性与否是直接影响到开采效率与安全的关键。为此，必须要加强对采煤工作面支护作业的管理，确保支护系统的稳定可靠。而其中，支护密度的合理确定不但能够保证采煤生产顺利进行，而且能够降低支护成本，减少支护设施对开采工作的影响，提高生产效率，节约成本，增大生产经济效益。本文中笔者就从实践经验出发，来探讨在采煤工作面应当如何确定支护系统的最佳支护密度。
1、采煤工作面合理支护的基本原则
一般情况下，采煤工作面的支护系统大都是以单根支柱进行支护，除非是顶板的情况较为特殊，方才采用一些特殊的支护形式与单根支柱结合使用来实现工作面的支护体系，以确保顶板的稳定性，为采煤作业提供一个安全稳定的作业空间。其中，在采用单根支柱作为支护体系的主要支护方式时，需要从支柱的柱距、排距、排数、角度以及长短等各个方面对支柱的支护方式进行合理布局，以确保支护质量。因此，在采煤工作面进行支护系统施工时，需要做到按照一定的支护布置原则来进行设计施工。
首先，支柱的排列应当处于一条直线上，当然这样排列的前提条件是采煤工作面的煤壁是呈直线形态的，这样才能保证工作面的所有部位都处于一种均匀受力的状态，形成一定的压力集中点。否则压力集中点处的顶板压力会是其他部位顶板压力的数倍，这样就极易使顶板因失控而掉落。
其次，支柱的排数必须要满足设计要求，不可擅自减少支柱的排数，否则就会降低整个支护系统的支撑作用，从而发生切工作面的事故。另外，要确保采煤作业是完全按照相关规定合理开采，并遵照一定的推进顺序进行开采，否则支柱的排距就无法根据开采进度合理推进，从而出现排距过大或过小的状况，影响支护系统的稳定性。
第三，要保证支柱的长度恰当合理。若支柱过短，则无法达到预期的初撑力要求，无法起到支撑作用。而支柱过长，就会使支柱的角度难以满足要求，同样也会形成无效的支柱。
第四，支柱的柱距和角度合理。支柱之间的柱距若过大，会使得悬顶的面积超过规定允许的范围，就易使两个支柱之间出现顶板冒落的现象。当然，柱距若果小虽然能够保证顶板的稳定可靠，但对工人的作业会带来不便，也不易采用。除此之外，支柱的支撑角度也应当达到一定要求，使支柱承受的压力尽可能的分散均匀，以防止某一点压力过大使得支柱出现倒伏现象。
2、采煤工作面合理支护密度的确定
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。
2.1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。
2.2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。
2.3单体液压支柱的选型与实际工作阻力的计算
2.3.1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。
2.3.2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。
2.4支柱支护密度的确定
2.4.1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一顶板单位面积上的压力；PF一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。
2.4.2讨论：当Ns
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、8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。
3、结语
总之，采煤工作面的支护密度的合理与否不仅影响着生产的安全问题，对生产经济效益也是起到很大影响作用的。在进行支护密度的确定时，要结合实际施工现场条件，充分考虑各方面的因素，做出最佳的支护设计方案，以确保采煤工作面的高产、稳产以及安全性、经济性。
参考文献
[1]潘文来.浅谈高档工作面合理的支护密度[J].煤炭技术，2004（11）.
[2]苑明军.采煤工作面合理支护方式的选择及支护密度的确定[J].煤炭技术，2008.