綜放工作面停采線位置確定研究

張龍飛

（山西石泉煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046000）

綜放工作面由于頂板為煤層，在礦山壓力作用下，頂板破碎，維護(hù)困難。實(shí)踐證明，停采線位置選擇不合理，會導(dǎo)致頂板下沉嚴(yán)重，造成通風(fēng)困難，給回撤工作帶來極大的安全隱患[1-2]。通過UDEC2D數(shù)值模擬軟件分析停采線處于不同位置時(shí)回撤通道內(nèi)應(yīng)力分布情況，進(jìn)而確定綜采面合理停采線位置，以實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備安全、高效地回撤[3]。

1 數(shù)值模擬設(shè)計(jì)

工作面來壓是基本頂斷裂回轉(zhuǎn)的過程，其變形是一種給定變形，其下面的直接頂、頂煤及支架必須適應(yīng)基本頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)[4、5]。因此，綜放工作面回撤通道處于基本頂斷裂線以內(nèi)與斷裂線以外時(shí)，頂煤的變形破壞狀況及支架的工作狀態(tài)將是不同的，對支架的安全順利撤架有著不同的影響。為此，通過UDEC2D數(shù)值模擬分析，對以上兩種情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，以便給出定量、直觀全面的分析。

1.1 模擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）工作面停采線處于周期來壓期間，頂板垮落對支架及頂煤穩(wěn)定性的影響。

（2）工作面停采線處于周期來壓之外，頂板垮落對支架及頂煤穩(wěn)定性的影響。

（3）取上述兩者礦山壓力顯現(xiàn)較小者進(jìn)一步分析停采線的合理位置。

1.2 模型設(shè)計(jì)

模擬埋深120m，煤層厚度6m，采高3m，模塊劃分為1×1，直接頂厚度3m，模塊劃分為1.5×2，基本頂厚6m，模塊劃分為6×10，邊界條件，左、右、下邊界為固定邊界，上邊界為自由邊界。為保證模擬結(jié)果準(zhǔn)確，停采線所處位置已經(jīng)過多次周期來壓之后，周期來壓步距L設(shè)置為10m，模型如圖1所示。

圖1 數(shù)值模擬走向模型

2 模擬分析

2.1 停采線處于周期來壓期間

工作面停采線位置處于周期來壓期間時(shí)，基本頂沿破斷線處發(fā)生破斷，帶動(dòng)直接頂板與頂煤發(fā)生破斷，最終導(dǎo)致基本頂?shù)臄嗔丫€和直接頂、頂煤的破斷線相互貫通。隨著基本頂?shù)幕剞D(zhuǎn)角增大，基本頂同直接頂、頂煤沿工作面煤壁切落，此時(shí)支架受力、頂煤下沉量與煤壁片幫程度急劇增加。支架上方頂煤、直接頂板及基本頂整體切斷使支架承受上部全部巖塊重量，后側(cè)立柱阻力明顯大于前側(cè)立柱，后立柱的活柱縮量也遠(yuǎn)大于前柱，支架前梁呈抬頭工作狀態(tài)。頂煤最大下沉量達(dá)到700mm，最大片幫量達(dá)到500mm。這種情況下極易造成支架被壓死，增加支架回撤的難度。如圖2所示。

圖2 礦山壓力顯現(xiàn)特征

2.2 停采線處于周期來壓期之外

工作面停采線位置處于周期來壓之外時(shí)，工作面支護(hù)空間位于基本頂來壓之后，此時(shí)工作面前方基本頂斷裂線尚未形成，基本頂處于相對最為穩(wěn)定的時(shí)期, 其下的直接頂和頂煤也處在最為穩(wěn)定的狀態(tài)，支架前后立柱所受載荷與活柱下縮量相差不大，上方直接頂最大下沉量僅為120mm，最大片幫量為100mm。如圖3所示。

2.3 周期來壓之外停采線位置確定

通過以上模擬分析可知，停采線處于周期來壓之外相較于處于周期來壓期間時(shí)，支架受力與下沉量較為一致，頂板下沉量及煤壁片幫程度較小，但具體停采線處于周期來壓之外哪個(gè)位置時(shí)，基本頂對回撤通道的影響最小，尚需進(jìn)一步模擬分析。模擬設(shè)計(jì)方案為停采線處于周期來壓之外2m、3m、4m、6m、7m與8m，結(jié)果如表1所示。

圖3 礦山壓力顯現(xiàn)特征

表1 礦山壓力顯現(xiàn)特征

停采線處于周期來壓之外不同距離時(shí)，支架所受載荷、頂煤下沉量與煤壁片幫量有如下特點(diǎn)：

（1）停采線在周期來壓之外0～4m與7～10m范圍內(nèi)時(shí)，支架前后立柱所受載荷較大，后立柱所受載荷明顯大于前立柱；而停采線在周期來壓之外4～7m范圍內(nèi)時(shí)，前后立柱受力較小且比較一致。

（2）支架所受載荷、頂板下沉量與煤壁片幫量在停采線在周期來壓之外4～7m范圍內(nèi)相較于停采線在周期來壓之外0～4m與7～10m范圍內(nèi)時(shí)，明顯下降。

停采線位置位于周期來壓之外4～7m范圍內(nèi)時(shí)，即相當(dāng)于(0.4～0.7)個(gè)周期來壓的距離，頂板限制了基本頂?shù)幕剞D(zhuǎn)，基本頂不發(fā)生破斷，能夠發(fā)揮自身承載作用，礦山壓力顯現(xiàn)不明顯，從而對支架與頂煤的影響較小。

3 工程實(shí)踐

30101綜放工作面是石泉煤礦首采工作面，煤層均厚6.1m，工作面走向長度1050m，工作面長度200m，初次來壓步距24.2m，周期來壓步距平均14.3m。當(dāng)工作面推進(jìn)距停采線18m時(shí)，工作面周期來壓，支架所受載荷急劇增加，頂板冒頂，煤壁片幫嚴(yán)重，最深處達(dá)到1000mm。按目前設(shè)計(jì)的停采線，停采之前還會發(fā)生一次周期來壓，雖能保證停采線處于周期來壓之外，但不是最佳位置，根據(jù)模擬結(jié)果，現(xiàn)將停采線位置向前延長2～3m，使停采線位置處于(0.4～0.7)周期來壓之外范圍內(nèi)。新的停采線位置的確定，保證了回撤通道整體穩(wěn)定性，為工作面實(shí)現(xiàn)安全、快速回撤提供了技術(shù)保障。

4 結(jié)語

通過UDEC2D數(shù)值模擬軟件對停采線位置對回撤通道穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析，主要得出了如下兩點(diǎn)結(jié)論：

（1）停采線位于周期來壓之外相較于位于周期來壓期間時(shí)，支架所受載荷較小且比較一致，頂板下沉量不明顯，煤壁片幫程度較小。

（2）停采線位于(0.4～0.7)周期來壓之外范圍內(nèi)時(shí)，礦山壓力顯現(xiàn)特征最不明顯，回撤能夠最大程度保持整體穩(wěn)定性。