某礦1604綜放工作面合理長(zhǎng)度模擬分析

陶俊卿

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)南關(guān)煤業(yè)有限責(zé)任公司)

1 工作面概況

某礦1604工作面上部為1602采空區(qū)，東以服務(wù)公司小井6#勘探線為界，南部為未開(kāi)采的實(shí)體煤層，下部為17#煤層，地面為相對(duì)高差不大的丘陵地貌，地面無(wú)任何建筑物，工作面地面標(biāo)高1 230 m，井下標(biāo)高1 080 m。該工作面走向長(zhǎng)1 764 m，傾斜長(zhǎng)312 m，工作面走向N20°E，傾向SE110°。該工作面開(kāi)采煤層為16#煤層，煤層厚度8～11 m，平均厚度8.5 m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原煤灰分為20%～27%，含硫2.5%，為富硫煤。該工作面頂板為砂質(zhì)泥巖，厚度約5 m，在其上部為15#煤層，煤層厚度為0.75 m，局部地段與14#煤層合并，頂板為石灰?guī)r。

2 數(shù)值模擬

2.1 方案設(shè)計(jì)

考慮到工作面長(zhǎng)度對(duì)片幫和冒頂?shù)挠绊?，本研究中選取工作面傾向長(zhǎng)度分別為150，200，250，300，350，400 m 6種工況(對(duì)應(yīng)的模擬方案編號(hào)分別為Ⅰ～Ⅵ)進(jìn)行FLAC3D數(shù)值模擬分析，工作面相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 工作面模擬參數(shù)賦值

為進(jìn)一步分析不同方案對(duì)應(yīng)的工作面超前支承壓力、工作面中部支承壓力以及端頭附近超前支承壓力的分布特征，分別從工作面端頭到工作面中心線等比例選取了4個(gè)測(cè)點(diǎn)(編號(hào)分別為A、B、C、D)，以工作面端頭為原點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)分布如表2所示。

表2 工作面長(zhǎng)度方案及測(cè)點(diǎn)布置

模型建好、壓實(shí)后，在工作面推進(jìn)方向后留50 m 厚煤柱，開(kāi)始底層開(kāi)挖，開(kāi)挖高度設(shè)置為2.5 m，放煤高度設(shè)置為6 m，開(kāi)挖寬度與各方案工作面長(zhǎng)度一致，其中，實(shí)際工作面所選取的基本支架型號(hào)為ZF6800/18/35，控頂距為4.95～5.55 m，本研究模擬控頂距取5.0 m[1-4]。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 工作面超前支承壓力

分析圖1可知：①隨著工作面長(zhǎng)度的變化，工作面前方支承壓力峰值呈現(xiàn)出向煤體深度遷移的規(guī)律，前移范圍較小，峰值分布于煤壁前方7～11 m處，工作面長(zhǎng)度大于250 m后，工作面前方支承應(yīng)力峰值位于煤壁前方10～11 m處，支承應(yīng)力變化趨于緩和；②工作面越長(zhǎng)，工作面中部前方支承壓力峰值越大，工作面長(zhǎng)度大于300 m后，支承壓力的變化趨勢(shì)不明顯；③工作面中部前方支承壓力最大，支承壓力大小由中部向端頭方向依次遞減；④工作面端頭煤體前方的支承壓力隨工作面長(zhǎng)度的改變，變化趨勢(shì)不明顯[5-7]。

圖1 工作面超前支承壓力曲線

2.2.2 工作面中部中心線附近超前支承壓力

分析圖2可知：當(dāng)工作面長(zhǎng)度為150 m時(shí)，超前支承壓力峰值出現(xiàn)在煤壁前方7.5 m處；當(dāng)工作面長(zhǎng)度增加至200 m時(shí)，峰值出現(xiàn)于煤壁前方9.0 m處，支承壓力峰值也略有增加，說(shuō)明煤體的塑性破壞范圍加大，破壞強(qiáng)度也增加，頂煤破碎程度可能增大；當(dāng)工作面長(zhǎng)度進(jìn)一步增大后，超前支承壓力峰值點(diǎn)位置和峰值基本不再變化，超前支承壓力基本保持在25 MPa以下。

圖2 工作面中心線附近超前支承壓力分布曲線

2.2.3 工作面端頭附近超前支承壓力

由圖3可知：當(dāng)工作面長(zhǎng)度為150 m時(shí)，支承壓力峰值均出現(xiàn)于煤壁前方約5.5 m處，壓力峰值略有增加，說(shuō)明煤體的塑性破壞范圍改變不大；當(dāng)工作面長(zhǎng)度進(jìn)一步增加后，超前支承壓力峰值點(diǎn)位置和峰值基本不再變化；工作面端頭前3～15 m內(nèi)的煤體壓力較大，需要增加超前支護(hù)；在工作面前方15～50 m內(nèi)，隨著工作面長(zhǎng)度的增加，煤壁前方支承壓力略有增大，但整體值不大，對(duì)工作面安全開(kāi)采的影響較小。

3 結(jié) 論

(1)當(dāng)1604工作面長(zhǎng)度大于250 m后，前方支承壓力變化趨于緩和，對(duì)頂煤的破碎效果趨于一致，出于頂煤破碎充分的考慮，建議工作面傾向長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為250～400 m，有利于提高頂煤的回收率。

圖3 工作面端頭附近前方支承壓力曲線

(2)1604工作面端頭超前支承壓力峰值出現(xiàn)于煤壁前方5～10 m處，兩順槽超前支護(hù)距離應(yīng)控制在0～20 m，既能保證安全，又可合理滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

(3)1604工作面長(zhǎng)度大于200 m后，前方支承壓力出現(xiàn)增大趨勢(shì)，為確保安全生產(chǎn)，工作面液壓支架需要及時(shí)補(bǔ)液，確保支架的工作面阻力。應(yīng)加強(qiáng)日常檢修工作，一旦發(fā)現(xiàn)有漏液現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)修理。確保液壓泵站壓力及乳化液濃度符合《煤礦安全規(guī)程》要求。