綜放工作面采高對礦壓顯現(xiàn)的影響

閆志青

（大同煤礦集團(tuán)云岡礦，山西大同037003）

綜放工作面采高對礦壓顯現(xiàn)的影響

閆志青

（大同煤礦集團(tuán)云岡礦，山西大同037003）

以潞安集團(tuán)屯留礦S2202工作面地質(zhì)條件為背景，通過數(shù)值模擬對工作面采高與礦壓顯現(xiàn)的相互影響關(guān)系進(jìn)行分析研究，同時(shí)分析了采高對3#煤層的適應(yīng)性。結(jié)果表明：隨著采高的增加，煤壁破壞不斷加重，煤壁易失穩(wěn)的范圍也不斷增大。對于屯留礦而言，開采3#煤層，采高不應(yīng)該超過4.0 m，考慮一定的安全系數(shù)，屯留礦采高取3.5 m為宜。此結(jié)論為類似條件下工作面開采過程中礦壓研究提供了技術(shù)及理論參考。

綜放工作面；數(shù)值模擬；采高；礦壓顯現(xiàn)

潞安集團(tuán)屯留礦S2202工作面為準(zhǔn)大采高綜放開采工作面，工作面開采3#煤層，煤層厚度為5.34～7.25 m，平均6.24 m；煤層傾角為0～14°。工作面直接頂為2.43 m厚的泥巖，老頂為2.67 m厚的中砂巖，直接底為0.64 m厚的砂質(zhì)泥巖。煤層平均瓦斯含量為9.7 m3/t，屬高瓦斯礦井。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，無自燃發(fā)火傾向。該工作面總體上為向南傾斜的單斜構(gòu)造，最大涌水量為156 m3/h。

綜放工作面隨著采高的增加，其通風(fēng)斷面也隨著增大，同時(shí)工作面風(fēng)阻隨著降低，工作面的放煤時(shí)間也隨著縮短，提高了工作面的回收率，除此之外，當(dāng)采高增加時(shí)，工作面支架后部放煤空間增大，因此，該位置的通風(fēng)斷面也變大，可以達(dá)到稀釋放煤口附近瓦斯的目的。但采高的增大必然會(huì)對工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律產(chǎn)生影響，因此有必要研究采高增加后對礦壓顯現(xiàn)的影響，并分析其對屯留礦3#煤層的適應(yīng)性。

1 數(shù)值模型的建立

綜放工作面采高的增加對影響工作面煤壁的穩(wěn)定性最大。本文運(yùn)用FLAC3D數(shù)值軟件，以潞安集團(tuán)屯留礦S2202工作面地質(zhì)參數(shù)為參考，模擬了綜放工作面不同采高情況下工作面片幫情況，所建數(shù)值模型見圖1。

圖1 煤壁片幫模擬數(shù)值模型圖

2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

不同采高條件下煤壁的最大水平位移與工作面推進(jìn)距離的變化曲線見圖2。

通過對圖2所示曲線的分析可知，相應(yīng)地質(zhì)條件下，當(dāng)綜放工作面推進(jìn)距離<40 m期間，工作面采高越大，其煤壁的水平位移也隨之變大且變化幅度較為明顯，此期間工作面煤壁的最大水平位移與采高存在簡單的線性關(guān)系。

當(dāng)綜放工作面推進(jìn)距離＞40 m后，采高選擇2.5～4.0 m時(shí)，工作面不斷向前推進(jìn)的過程中，采高的不斷變化對煤壁水平位移的影響力較弱；但當(dāng)采高選擇4.5 m和5.0 m時(shí)，隨著采高的不斷變化，其對煤壁最大水平位移變化的影響力仍然不大；當(dāng)采高選在4.0 m和4.5 m時(shí)，采高的變化對工作面煤壁最大水平位移變化的影響卻較為明顯；當(dāng)綜放工作面推進(jìn)距離≥100 m后，對曲線進(jìn)行定量分析可知，采高選4.0 m時(shí)，工作面煤壁水平位移約為419 mm；然而當(dāng)采高選4.5 m時(shí)，工作面煤壁最大水平位移可以達(dá)到495 mm。比起采高為4.0 m的分析結(jié)果，4.5 m采高增幅約為18.1%。綜合以上分析結(jié)果可以給出判斷，對于屯留礦3#煤層的地質(zhì)條件來說，開采高度應(yīng)選擇＜4.0 m，這樣的采高能夠保證煤壁的穩(wěn)定性，最終達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

綜放工作面推進(jìn)至不同位置下，其煤壁的水平位移隨著采高不同而表現(xiàn)出的變化曲線見圖3，由圖3分析結(jié)果可得出：綜放工作面在不同的推進(jìn)位置時(shí)，隨著采高的增大，工作面煤壁的水平位移也在不斷增加，且增大比例基本相當(dāng)，當(dāng)采高增大至一定數(shù)據(jù)時(shí)，煤壁水平位移開始趨于穩(wěn)定，此時(shí)采高的增大對工作面煤壁穩(wěn)定性影響不大。

圖3 煤壁最大水平位移與采高關(guān)系曲線圖

綜上分析，從煤壁最大水平位移這一角度可以推斷得出，屯留礦3#煤層采煤機(jī)采高不宜超過4.0 m，而在4.0 m以下，煤壁最大水平位移受采高變化影響較小。

另外，還對不同采高（2.5 m、3.0 m、3.5 m、4 m、4.5 m與5.0 m）條件下，隨工作面推進(jìn)，煤壁的屈服破壞圖進(jìn)行了分析，研究其煤壁的破壞狀態(tài)。通過對數(shù)值模擬的屈服破壞圖分析可知：在采高為2.5 m條件下，煤壁破壞不嚴(yán)重，此時(shí)煤壁僅受剪切應(yīng)力，即發(fā)生的是剪切破壞，因此，工作面片幫及冒頂?shù)葐栴}也不明顯，同時(shí)，支架上方的頂板發(fā)生的破壞也是由剪切應(yīng)力造成的，沒有明顯深入煤壁內(nèi)部的拉伸破壞，故此采高條件下，工作面圍巖穩(wěn)定性保持得較好，支架前方也不會(huì)出現(xiàn)頂板冒落等問題。在采高為3.0 m條件下，煤壁發(fā)生的破壞也主要是剪切破壞，而頂板破壞程度也同樣輕微，因此，可以判斷此采高條件有利于工作面區(qū)域圍巖穩(wěn)定。

當(dāng)采高為3.5 m時(shí)，煤壁破壞形式還是以剪切破壞為主，只是在中部位置存在一定的拉伸破壞，同時(shí)考慮采高本身較小，煤壁因此發(fā)生的片幫問題也不會(huì)很嚴(yán)重，同樣在頂板位置不存在深入煤壁的拉伸破壞，在支架上方也以剪切破壞為主，由此可以判斷，工作面區(qū)域圍巖穩(wěn)定性依然可以保持良好狀態(tài)。

在采高為4.0 m條件下，煤壁破壞程度與采高為3.5 m時(shí)相比，并沒有發(fā)生明顯的惡化，頂板破壞程度也基本相近，因此判斷，采高加大到4.0 m時(shí)，工作面區(qū)域圍巖穩(wěn)定性依然良好。在采高為4.5 m條件下，煤壁破壞程度比采高為4.0 m時(shí)略有增大，但考慮到采高較大，煤壁破壞影響范圍加大，即采高較大使煤壁易失穩(wěn)區(qū)域增大，因此，同樣的局部破壞，可能引發(fā)的最終破壞后果不同，采高為4.0 m和4.5 m時(shí)即是如此。同時(shí)與前述相關(guān)的煤壁位移結(jié)合分析，可以得知，破壞程度較為相似條件下，煤壁水平位移確實(shí)變化很大。

在采高為5.0 m條件下，煤壁破壞狀況與采高為4.5 m時(shí)更為相似，因此可以推斷，采高為5.0 m時(shí)，煤壁片幫問題較為嚴(yán)重，一旦局部破壞，可能引發(fā)大范圍的嚴(yán)重破壞。

3 結(jié)論

結(jié)合上述分析，當(dāng)采高＜4.0 m時(shí)，綜放工作面煤壁穩(wěn)定性較好，不會(huì)發(fā)生大面積嚴(yán)重的破壞失穩(wěn)，即使有嚴(yán)重破壞區(qū)域其范圍也較小，選擇較小的采高，煤壁即使失穩(wěn)其面積也很?。划?dāng)采高增加，選為4.5 m或5.0 m時(shí)，煤壁破壞程度開始增大，同時(shí)煤壁容易失穩(wěn)的范圍也隨著增大，即在相應(yīng)地質(zhì)條件下，綜放工作面采高選4.5 m或5.0 m時(shí)，煤壁的片幫問題及穩(wěn)定性會(huì)影響到工作面的正常生產(chǎn)，甚至可能會(huì)給安全生產(chǎn)帶來隱患。

基于上述分析，可以判斷，對于屯留礦而言，開采3#煤層，采高不應(yīng)該超過4.0 m，同時(shí)在理論分析基礎(chǔ)上考慮一定的安全系數(shù)，屯留礦采高取3.5 m為宜。

［1］趙君.“兩硬”條件下下分層綜放開采技術(shù)［J］.山西焦煤科技，2005（07）：15-17.

［2］寧宇.大采高綜采煤壁片幫冒頂機(jī)理與控制技術(shù)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2009（01）：55-60.

［3］夏永學(xué)，康立軍，齊慶新.割煤高度對大采高綜放工作面煤壁穩(wěn)定性影響［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2009（01）：23-24.

［4］華心祝，謝廣祥.大采高綜采工作面煤壁片幫機(jī)理及控制技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2008（09）：33-38.

［5］石棟，段紅民，楊賢江.大采高綜采面煤壁片幫預(yù)防措施［J］.中國煤炭，2008（02）：23-27.

［6］蘇海.大采高綜放工作面煤巖穩(wěn)定性分析及其控制［J］.中國煤炭，2008（02）：19-21.

［7］閆少宏，尹希文.大采高綜放開采幾個(gè)理論問題的研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2008（05）：40-17.

［8］閆少宏.大采高綜放開采煤壁片幫冒頂機(jī)理與控制途徑研究［J］.煤礦開采，2008（04）：25-27.

The Influence of Fully Mechanized Caving Face Mining Height on Strata Behaviors

Yan zhi-qing

Takes the geological conditions of S2202 working face in Lu'an group Tunliu coal mine as the background，analyzes and studies the affecting relations between mining height and strata behaviors through numerical simulation，at the same time analyzes the adaptation of mining height to No.3 coal seam.The results show that the damage degree and instability scope of coal wall are enlarging with the increase of mining height.For Tunliu coal mine，the mining height of No.3 coal seam can't exceed 4.0 m，and consider a certain safety coefficient，the mining height is 3.5 m.The conclusion can provide technical and theoretical reference for mine pressure study in the process of working face mining on similar conditions.

Fully mechanized caving face；Numerical Simulation；Mining height；Strata behaviors

TD323

B

1672-0652（2014）11-0044-03

2014-09-18

閆志青（1978—），男，山西大同人，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事地質(zhì)測量工作（E-mail）yanzhiqing1008@126.com