缓斜工作面推垮型冒顶的机理分析

收稿日期2326
作者简介王建和(63),男,江苏宜兴人,淮北矿业集团公司安全监察局工程师。

缓斜工作面推垮型冒顶的机理分析
王建和
(淮北矿业集团公司安全监察局,安徽淮北　235000)
摘要:通过测量和原理分析、计算,阐述了缓斜工作面推垮型冒顶的机理,进而提出了相关的预防措施。

关键词:缓斜工作面;推棚;措施
中图分类号:TD327.2 文献标识码:A 文章编号:167128275(2008)0320013201 随着科学技术的不断进步,采煤装备水平也在相应提高,特别是单体液压支柱在炮采工作面的广泛应用,采煤工
作面的支护条件有了飞跃的发展,沿工作面长度方向十几米,甚至几十米的恶性冒顶事故已经鲜有发生,但是有一种类型的冒顶事故却时有发生,这就是沿工作面长度方向向下的推垮型冒顶事故。

1　工作面概况及事故过程
发生事故的31317工作面,切眼长70m ,在距下部风巷8m 和17m 处各有一条走向同工作面基本垂直的正断层,切眼平均倾角18°,在两断层之间倾角达25°左右,切眼直接顶为泥岩,厚210～314m ,裂隙相当发育,老顶为细砂岩,致密坚硬,工作面顶板管理方式为四、五排三七后定位走向棚管理,见图1。

图1　冒顶处构造及力学分析
图中:P ———工作面支架的支撑力。

N 1———上覆岩层对直接顶的压力,在该处由于二者已
离层,因此N 1=0。

N 2———直接顶自身的重量在垂直于顶底板方向上的
分量,N 2=G COS α。

F ———直接顶自重沿平行于顶底板方向的分量,F =G
sin α。

G ———直接顶自重。

F 1———下部岩石对其上部直接顶下滑趋势产生的阻
力。

F 2———上部岩石对其下部直接顶下滑趋势产生的拉
力。

F 3———上覆岩石对其下方直接顶下滑趋势产生的摩
擦力和剪切力。

F 4———煤壁一侧岩石摩擦力和剪切力。

F 5———支架对上覆直接顶下滑产生的阻力,F 5=P COS θ。

α———工作面长度方向的倾角。

θ———支柱的迎山角,一般上迎2°～3°。

造成这次事故的最主要动力来至上覆直接顶的自重力在沿平行顶底板向下方向的分力F ,即G sin α。

要想使直接顶保持稳定,其受力条件须满足以下两个条件:
(1)在垂直顶底板方向上:
P +N l +N 2=0
(1) (2)在平行于顶底板方向上:
F +F 1+F 2+F 3+F 4+F 5=0
(2)
对于(1)式,这在工作面支护强度的设计中已经解决,支柱的支撑力完全能够满足N l +N 2的支护要求。

对于(2)式,根据该工作面具体情况分析如下:
F 1:于下部断层到下部风巷一段在掘进过程中,切跟
上覆直接顶冒落,其空间用木垛接顶。

随着工作面回柱,木垛倒坍,形成一个自由空间,因此,F 1→0。

F 2:由于上部被断层隔断,F 2→0。

F 3:由于工作面处于初放期间,工作面刚刚放顶2m 。

老顶跨度从煤壁到老塘有7m ,其中5m 还被支架支撑,因
此,老顶靠其自身强度完全可以支撑其自重及上覆岩层压力,几乎不变形,而直接顶随工作面支架下沉而下沉,在直接顶同老顶之间形成了离层现象;同时,裂隙水又沿两者之间形成的离层缝隙浸入,起到润滑作用。

因此,两者在平面方向上没有力的作用,即F 3→0。

F 4:由于直接顶裂隙发育,其基本上处于松散状态,因此,也使得F 4的作用力大为减弱,对靠后老塘2m 范围内的直接顶而言,F 4→0。

F 5:工作面支架的支设方向仍然按照正常的情况垂直
顶底板支设,并向上有2°～3°的迎山角,其沿平行顶底板方向的水平分力
F 5=P
sin θ=G COS αsin3°≈0105G
通过分析可知:
F 1+F 2+F 3+F 4+F 5≈F 5=0105
G ≤F =015G
因此说,F 即直接顶在平行顶底板方向上分力是造成这类事故的根本原因及动力。

(下转第20页)
3
第7卷　第3期2008年6月
淮北职业技术学院学报
J OURNAL OF HUAIB EI PROFESSIONAL AND TEC HN ICAL COLL EGE Vol.7No.3J un 12008
:200801:19-1
Λ(n)=λn-10
λn-2
ω
01
递推最小二乘算法的最佳化准则是在n时刻选择权向量w(n)使得代价函数ξ(n)最小。

ξ(n)定义如下ξ(n)=∑n
i=1λn-i|e(i)|2
则由前述,ξ(n)可写成矩阵形式
ξ(n)=e H(n)Λ(n)e(n)
=‖Λ1/2(n)e(n)‖2
=‖Λ1/2(n)d(n)-Λ1/2(n)X(n)w(n)‖2
当n>M并且X(n)列满秩时,上式最小化问题的解即
为选择的权向量,可以利用MA TL AB的矩阵运算函数使用Q R分解进行求解。

对于发射波束可以采取相似的过程,但是出于尽可能的向外辐射能量的立场,仅仅只关闭失效单元所在的射频通道看起来更为可行。

4　结束语
本文提出在自适应波束形成算法———递推最小二乘算法的基础上,在阵列天线的基本校准之后,通过重新配置天线加权,达到弱化失效单元影响的效果。

根据失效单元数与总单元数的不同,在软件仿真过程中将得到不同的改善效率和改善程度。

通过采用其他的算法,可以进一步得到改善,系统在较多单元失效的情况下仍然能够恢复到相对正常的状态。

参考文献:
[1]　葛建军.基于阵列行波馈源的有源相控阵天线校正技
术[J].现代雷达,2001(3):52-55.
[2]　冯地耘.自适应波束形成与高性能DS P[M].成都:西
南交通大学出版社,2007.
责任编校:石柏胜
R L S A lgor ithm on Ar ra y Antenna wit h Fa ilur e Cells
DU Kui
Abstract:Array ant enna pat t ern will be de graded while some T/R uni t s are fail urable.This paper st ud2 ies t he RL S al gorit hm a nd re2configuration of antenna i n t his sit uat ion.
K ey w or ds:array ant enna;re2configuration;Recursive Least Squares(RL S)
　(上接第13页)
2　讨论
2.1　从F=G sinα可知对于缓倾斜工作面来讲,α越大发生此类事故的危险性越大,而当α=0时,F=0,就不可能发生这类推垮事故。

因此,工作面有一定倾角,这是产生此类推垮事故的必备条件之一。

在工作实践中,在液压单体支护的条件下,当工作面a>12°～15°时就应该采取必要的预防措施。

2.2　老顶同直接顶之间离层或它们之间在平面上没有力的工作作用,这是形成推垮的必要条件。

形成上述条件除本例中提到的坚硬老顶———软直接顶———软底这种类型外,在老顶同直接顶之间存在弱面或夹有薄煤层以及坚硬老顶同两分层假顶之间所形成顶板结构中,也具备这种必要条件。

另外,在初放期间由于切眼搁置时间较大,以及切眼内工字钢棚支护的被动性,在切眼的上部也较易形成直接顶同老顶离层现象,这也是大多数推垮事故大都发生在初放开始不同期间的原因。

因此,在具备前两个条件的情况下,从初放开始就应该高度重视。

那种传统上认为初放刚开始,老顶没有任何压力显现,工作面相对较安全的看法是不对的。

当上述两条件同时具备时,基本上就构成了这类垮棚事故的充要条件。

3　这种类型的推棚冒顶事故具有一定的隐蔽性,即使在支柱初撑力较大(大于5N棵),支架正规的情况下,仍有发生推垮的可能性,一般情况下,较难发生其危害。

这也是这类事故时有发生的原因所在。

为防止此类事故,从支护角度考虑,要做到以下几点:
①保证有足够的初撑力(淮北局一般要求大于50 kN)。

它显然不能完全阻止推棚事故,但足够的初撑力可以减慢垮棚的进度,使人员有一定的撤离时间,这一点非常重要。

同类事故中,在以往摩擦支柱下,经常出现埋人事故,而在现在单体液压支柱支护下很少出现埋人事故的根本原因就在这里。

②增加支柱的迎山角,根据实践一般要求每8°增加2°～3°。

③增加抗推支架,如打木垛或顺工作面长度方向打一梁三柱挑棚,其中单体支柱竖立支架等。

参考文献:
[1]　胡仲国.工作面冒顶事故属性分析[J].矿山压力与顶
板管理,1999(2),64-66.
[2]　钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭
工业出版社,1991.
[3]　蒋金泉.采场围岩应力与运动[M].北京:煤炭工业出
版社,1993.
责任编校石柏胜
杜　夔/阵列天线单元失效的递推最小二乘算法应用
2.
0k/
: 02。