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杂志名称:《价值工程》
主管单位:河北省科学技术协会
主办单位:河北省技术经济管理现代化研究会
国际刊号:1006-4311
国内刊号:13-1085/N
邮发代号:18-2
责任编辑:张崇
咨询电话:18132119945
投稿邮箱:vezzs02@163.com

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老石旦煤矿综放工作面矿压显现规律研究

Study on the Law of Mine Pressure Behavior in Fully Mechanized Caving Face in Laoshidan Coal Mine

司建军 SI Jian-jun
(神华乌海能源有限责任公司,乌海 016033)
(Shenhua Wuhai Energy Co.,Ltd.,Wuhai 016033,China)

摘要:为研究老石旦煤矿031604综放工作面回采矿压显现规律,采用理论分析、数值模拟、现场实测研究手段,分析了综放工作面顶板扰动后破断特征及初采、正常回采、末采期间工作面矿压规律。结果表明:031604综放工作面顶板符合“O-X”型破断规律;初采期间煤壁片帮明显,中部最为严重、正常回采期间工作面直接顶随采随冒,支架安全阀开启次数较多、末采期间不放煤,按一次采全高组织生产。
Abstract: In order to study the mining pressure law of the 031604 fully mechanized caving face in the Laohidan coal mine, the theoretical analysis, numerical simulation and on-site measurement research methods were used to analyze the breaking characteristics of the fully mechanized caving face after top plate disturbance and the working face mining pressure law in initial mining, normal mining and final mining. The results show that the top plate of the 031604 fully mechanized caving face meets the "O-X" type breaking rule; during the initial mining period, the coal wall slab is obvious, the middle part is the most serious, and the working face direct top inrushes with the mining during the normal mining period, the bracket safety valve is opened many times. During the final mining period, no coal is released, and the production is carried out at full height.
关键词:综放;FLAC3D数值模拟;矿压显现规律
Key words: fully mechanized caving;FLAC3D numerical simulation;mining pressure law
中图分类号:TD323                                       文献标识码:A                                  文章编号:1006-4311(2019)01-0102-03

0  引言
在我国能源结构中煤炭仍然占据着主导地位,同时随着煤炭开采技术的突飞猛进,综合放顶煤开采在我国已逐渐趋于成熟。但在回采工程中仍然存在一些问题,比如煤壁片帮、冒顶等问题。本文结合老石旦煤矿031604综放工作面,采用理论分析、数值模拟及现场实测研究手段,分析了顶板的破断规律,并对初采、正常回采、末采期间的矿压数据进行了分析,得到了综放工作面的基本矿压规律。
1  工程概况
031604工作面位于老石旦矿北三采区,工作面推进长度1050m,工作面宽度257m,煤层倾角为1~5°,煤层厚度为8.5 m,设计采高3.5 m;老顶为粉砂岩,平均厚度12.4 m,直接顶为砂质泥岩,平均厚度6.8m;煤层整体呈黑色,黑褐色条痕,以暗煤为主,弱沥青光泽,条带状结构,块状构造,裂隙发育,半坚硬。工作面采用综合放顶煤开采,全部垮落法管理顶板。
2  数值模拟分析
2.1 建立模型
依据老石旦煤矿031604综放工作面现场实际确定计算模型的大小。模型几何参数大小如下:走向长260m,倾向长为400m,模型高度为300m。其中031604工作面模型走向长度为200m,面长为257m。整个模共模拟至地表,比较真实的反映了煤岩层赋存情况。在模型的四个侧面采用法向约束,顶面即地表为应力和位移自由边界,底边界施加水平及垂直约束。模型概念图如图1所示。
为提高FLAC有限差分数值模拟的准确性,模型中工作面顶底板岩层物理力学参数利用实验室相关仪器测得。数值模拟计算各覆岩物理力学参数,如表1所示。
2.2 顶板破断分析
综放工作面回采过后顶板会发生破断,引起工作面支架工作面阻力增大,支护困难,煤壁片帮等采场矿压显现难题,为揭示顶板破断形态,利用FLAC中切片功能对推进30~40m处顶板进行切片分析,得到如图2所示顶板破断形态。
由图2可得,随着工作面向前回采30m,031604工作面采场周围逐渐变形破坏,塑性破坏区域同时增大。此时基本顶力学结构可作为板结构处理,最大弯矩在板中间及采场中部,因此工作面基本顶由中部出现拉伸破坏,其后左右顶板出现拉伸断裂,进而向采空区四周断裂延展,在采空区顶板形成“O”型破坏区;继续往前回采,“O”型破坏区会在角端贯通,此时基本顶力学改为四面简支梁,四面简支梁会在中间断裂,使得顶板形成“O-X”型破断。在工作面推进55m左右时基本顶的中部会出现一次大规模的拉剪破坏,即为初次来压。
2.3 工作面围岩力学特征分析
对031604工作面进行开挖,研究随着工作面开挖对上覆岩层的力学特性。没开挖一步需平衡后在进行下一步的开挖,其中区开挖80m、160m处的上覆岩层垂直应力及塑性区进行力学分析。图3为垂直应力分布特征,图4为塑性区特征。
由图3及图4分析可得:031604综放回采过程中,工作面上部出现应力释放区且应力拱基本形成;工作面两侧形成应力集中区,回采巷道受压变形,并且随着工作面的不断推进,工作面上部“勺型”应力逐渐形成;在回采过程中,工作面基本顶压力基本保持在1MPa左右,031604工作面选取的支架完全符合所需支架工作阻力要求,并且在

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