淺埋深工作面開采速度對(duì)上覆巖層活動(dòng)影響規(guī)律

摘 要：工作面推進(jìn)速度是影響端面穩(wěn)定及煤壁的重要因素之一。為了研究淺埋深工作面推進(jìn)速度對(duì)上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，采用3DEC數(shù)值模擬軟件對(duì)鐵煤集團(tuán)內(nèi)蒙古東新煤炭有限責(zé)任公司敬老院煤礦8405工作面進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：當(dāng)工作面推進(jìn)速度較快時(shí)，頂板切線位置在工作面后方，且距離工作面較遠(yuǎn)，此時(shí)地表松散巖層和基巖層的同步下沉運(yùn)動(dòng)對(duì)工作面造成的影響就小。工作面推進(jìn)速度加快，實(shí)質(zhì)上是減小了工作面頂板發(fā)生變形破壞的時(shí)間，使頂板下沉量減小，下沉速度降低，頂板的破壞范圍和活動(dòng)程度減小，因而頂板的來壓步距比一般速度推進(jìn)時(shí)偏大，礦壓顯現(xiàn)不明顯。

關(guān)健詞：淺埋煤層 綜采工作面 推進(jìn)速度 模擬觀測(cè) 影響規(guī)律

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（a）-0091-02

淺埋深煤層由于其特殊的賦存條件，其礦壓顯現(xiàn)受諸多因素影響，如地表松散層厚度，基巖層厚度，地表地形、上覆巖層性質(zhì)等客觀地質(zhì)因素和采高、工作面長(zhǎng)度、推進(jìn)速度等主觀可控因素。

在開采過程中，由于原始應(yīng)力場(chǎng)受到開采的擾動(dòng)而應(yīng)力進(jìn)行重新分布，工作面推進(jìn)速度的快慢，就會(huì)影響工作面圍巖應(yīng)力場(chǎng)的分布變化。工作面正常推進(jìn)時(shí)，支架前方的頂板巖體容易產(chǎn)生破碎失穩(wěn)。一般情況下，破碎區(qū)提前至煤壁前方，容易發(fā)生大范圍的端面冒頂及煤壁片幫事故。端面冒頂及煤壁片幫的發(fā)生，不僅影響到綜采工作面的產(chǎn)量，而且對(duì)工作面的安全問題有著重要的影響。由于煤巖體的流變特性，工作面推進(jìn)速度的降低相應(yīng)增加了礦山壓力對(duì)煤的破壞作用，在客觀因素不變的條件下，工作面推進(jìn)速度就是影響端面穩(wěn)定及煤壁的重要因素，合理較快的推進(jìn)速度不僅可以保證工作面正常產(chǎn)量，還可以盡量減少頂板周期來壓對(duì)工作面支架的影響。

為了研究工作面推進(jìn)速度如何影響上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我礦同遼寧工程技術(shù)大學(xué)合作，采用3DEC數(shù)值模擬軟件，對(duì)同一模型，同樣的開挖步驟，分析研究不同時(shí)步條件下上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律、圍巖應(yīng)力場(chǎng)及位移場(chǎng)的變化規(guī)律。

1 工程概況

鐵煤集團(tuán)內(nèi)蒙古東新煤炭有限責(zé)任公司敬老院煤礦8406工作面安裝支架151組，支架型號(hào)為ZZ6800/ZZ8800兩種支架交替布置。東北方向以回順為界與8405回順相鄰；西南方向以運(yùn)順為界與8407回順相鄰；東南方向以設(shè)計(jì)采止線為界；西北方向以切眼為界與井田邊界相鄰。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤厚2.30～4.01 m，平均煤厚3.17 m，傾斜長(zhǎng)度219 m，走向長(zhǎng)度為1565 m，煤層傾角0～4°，煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

2 數(shù)值模擬

2.1 模擬過程

根據(jù)敬老院煤礦8405工作面條件，建立數(shù)值模型。在3DEC數(shù)值模擬中，工作面推進(jìn)速度可通過模擬運(yùn)算時(shí)步來間接反映出來，通過調(diào)整計(jì)算時(shí)步來確定工作面推進(jìn)速度的快慢。運(yùn)算時(shí)步越少工作面推進(jìn)速度越快，運(yùn)算時(shí)步越多，工作面推進(jìn)速度越慢。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

3DEC分析上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析結(jié)果如圖1～圖3所示。

分析圖1～圖3可知，工作面推進(jìn)速度直接影響頂板巖層的破壞充分程度，決定了頂板切線與工作面的位置。當(dāng)工作面推進(jìn)速度較快時(shí)，頂板切線位置在工作面后方，且距離工作面較遠(yuǎn)，此時(shí)地表松散巖層和基巖層的同步下沉運(yùn)動(dòng)對(duì)工作面造成的影響就小；相反，當(dāng)工作面推進(jìn)速度較慢時(shí)，頂板切頂線位置距離工作面較近或就在煤壁前方，這樣地表松散層和基巖層的同步下沉運(yùn)動(dòng)將直接影響工作面的安全，嚴(yán)重可能導(dǎo)致壓架，如圖4所示

3 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

通過對(duì)工作面正常生產(chǎn)階段的礦壓觀測(cè)表明，工作面推進(jìn)速度在一定程度上影響了工作面的壓力顯現(xiàn)程度。為了更好地分析工作面推進(jìn)速度與支架日循環(huán)阻力平均值進(jìn)行分析，如圖5所示。

分析圖5可知，該礦工作面推進(jìn)速度大于10 m/d時(shí)，工作面支架受力基本都基本在6500～7500 kN之間，相對(duì)較小。因此，保證合理較快的推進(jìn)速度是工作面正常生產(chǎn)的重要保障之一。

4 結(jié)論

（1）當(dāng)工作面推進(jìn)速度較快時(shí)，頂板切線位置在工作面后方，且距離工作面較遠(yuǎn)，此時(shí)地表松散巖層和基巖層的同步下沉運(yùn)動(dòng)對(duì)工作面造成的影響就小。

（2）工作面推進(jìn)速度加快，實(shí)質(zhì)上是減小了工作面頂板發(fā)生變形破壞的時(shí)間，使頂板下沉量減小，下沉速度降低，頂板的破壞范圍和活動(dòng)程度減小，因而頂板的來壓步距比一般速度推進(jìn)時(shí)偏大，礦壓顯現(xiàn)不明顯。

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