天地科技：徐刚——综放工作面顶板缓慢活动支架增阻预测模型

创新点 （1）针对工作面顶板活动复杂性，本文将顶煤、直接顶、基本顶作为一个宏观整体考虑,称为“宏观顶板”，首次引入广义开尔文模型分析工作面宏观顶板的缓慢活动及其对支架工作阻力演化的影响，建立了综放工作面宏观顶板缓慢活动增阻预测模型。

（2）通过模型研究得出，宏观顶板越坚硬（E2越大）, 初撑后宏观顶板下沉量小，支架增阻量越小，初撑力增加，宏观顶板的E2近似线性增加，支架增阻量近似线性减小，表明增大初撑力，能够提高宏观顶板的完整性，降低宏观顶板缓慢活动引起的增量，可以减少顶板事故的发生。

作 者

徐 刚1,张春会2,张振金3

2单 位

1.天地科技股份有限公司 开采设计事业部；2. 河北科技大学 建筑工程学院；3. 内蒙古伊泰集团有限公司

3研究背景 厚煤层综放过程一般包括正常回采、检修和停产3个不同阶段。正常回采阶段是指工作面正在回采,采煤机在割煤、支架在动作、放煤在进行的正常生产阶段。工作面不进行回采、不受采动影响,采矿设备处于检修状态时就是检修阶段。工作面由于某种原因不回采,长期处于停产状态则称为停产阶段。矿井采用“三八”制,每天检修1次,检修时间一般为4~8h。停产阶段的停产时间可能十几个小时,也可能几天、十几天或几个月。

在煤层综放的3个阶段中,正常回采阶段的生产环节对顶板扰动大,支架工作阻力增阻较大,不同支架间、同支架不同循环之间支架工作阻力曲线迥异,具有很强的随机性和偶然性。检修和停产阶段煤层不开采,顶板不遭受扰动,缓慢活动,相应的支架工作阻力增长也缓慢。但是检修和停产阶段前煤层已经历了开采扰动,再加上检修和停产阶段,支架总阻力大,增阻量大,更容易发生压架灾害。因此,预测检修和停产阶段支架工作阻力演化规律对于综放开采压架灾害预报与防范具有重要意义。

4摘 要 检修和停产期间综放工作面顶板缓慢活动易引发压架灾害,预测检修和停产期间覆岩活动和支架工作阻力演化是相应压架灾害防治的关键。将综放工作面支架上方顶煤、直接顶和基本顶视作整体宏观顶板,引入广义开尔文模型模拟综放工作面宏观顶板的缓慢活动及其对支架工作阻力演化的影响,建立了综放工作面宏观顶板缓慢活动增阻预测模型。
利用该模型预测了陕西宝鸡崔木煤矿303综放工作面液压支架工作阻力演化,分析了初撑力和宏观顶板性质对顶板缓慢活动和支架工作阻力演化的影响,结果表明:
①宏观顶板缓慢活动增阻预测模型能较好地预测工作面检修和停产期间支架增阻。②模型中参数E2描述了宏观顶板的软硬。E2越大,宏观顶板越坚硬,初撑后宏观顶板下沉量小,支架增阻力也小。③初撑力增加,宏观顶板的E2值近似线性增加,支架增阻力近似线性减小。增大初撑力,能够提高宏观顶板的完整性,降低宏观顶板缓慢活动引起的增阻力。④宏观顶板黏滞系数η主要影响支架工作阻力随时间演化曲线的形态。η越大,支架阻力演化曲线收敛越慢。⑤将多个支架(或循环)的计算参数均值与本文宏观顶板增阻预测模型结合,可以预测工作面支架工作阻力演化行为。

5部分图片

宏观顶板剧烈活动和缓慢活动支架工作阻力演化示意

力学模型

检修期间支架工作阻力

停产期间支架工作阻力

E2对支架阻力演化的影响

η对支架阻力演化的影响

初撑力与增阻力

初撑力与E2

支架工作阻力预测曲线

6作者简介

徐刚，男，1979年6月15日生，内蒙古商都县人，博士，研究员，硕士生导师，中国煤炭科工集团有限公司首席科学家，中煤科工开采研究院有限公司采矿所所长，主要从事采煤方法、矿山压力与岩层控制技术研究。获省部级一等奖1项，二等奖10余项，三等20余项，发表学术论文50余篇，授权发明专利30余项，孙越崎青年科技奖获得者。

研究方向

矿山压力及控制

主要成果

针对我国中小煤矿具体条件，研究开发了我国中小煤矿系列采煤方法与技术，显著提升了中小煤矿的安全生产与技术水平；提出了工作面大面积切顶压架灾害发生机理，研制了基于矿压显现强度等级划分和支架工况评级方法的工作面顶板灾害监测预警技术及系统，为我国工作面顶板灾害防治提供了有力的保障。

来源：

徐刚,张春会,张振金.综放工作面顶板缓慢活动支架增阻预测模型[J].煤炭学报,2020,45(11):3678-3687.
XU Gang,ZHANG Chunhui,ZHANG Zhenjin. Prediction model for increasing resistance of hydraulic support due to slow motion of the roof in mechanized mining working face[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(11):3678-3687.

责任编辑：黄小雨 编辑整理：郭晓炜 审核：常 琛

End

往期精彩 谢和平，吴立新，郑德志：2025年中国能源消费及煤炭需求预测 钱鸣高，许家林：煤炭开采与岩层运动 袁亮：煤及共伴生资源精准开采科学问题与对策 康红普，王国法，姜鹏飞，等：煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术构想 谢和平：深部岩体力学与开采理论研究进展 康红普，尹丙鼎，高富强，等：中国煤矿井下地应力数据库及地应力分布规律

联系人：郭晓炜 电话：010-87986411-811 邮箱：guoxiaowei@chinacs.org.cn 网址：www.mtxb.com.cn版权声明：
本平台刊登的《煤炭学报》所有稿件均按照国家版权局有关规定支付了相应稿酬，《煤炭学报》享有稿件的信息网络传播权。未经授权，不得匿名转载。本平台所使用的图片属于相关权利人所有，因客观原因，部分作品如存在不当使用的情况，请相关权利人随时与我们联系。

免责声明：以上内容转载自煤炭学报，所发内容不代表本平台立场。
全国能源信息平台联系电话：010-65367702，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社