摘要：為防止工作面片幫，減小工作面初次來(lái)壓及周期來(lái)壓對(duì)支架的沖擊力，本文采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)相結(jié)合的方式研究厚煤層綜采放頂煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，保證了工作面回采期間安全，為相同條件下工作面期間頂板控制起一定的指導(dǎo)借鑒作用。為相鄰礦井及相似地質(zhì)條件下頂板控制提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：放頂煤 礦壓 規(guī)律

1 概述

綜采工作面的向前推進(jìn)，直接頂逐漸斷裂、冒落，并對(duì)工作面煤壁和支架產(chǎn)生動(dòng)壓作用，煤壁產(chǎn)生部分變形，甚至被壓碎，支承壓力峰值逐漸向煤壁深部轉(zhuǎn)移，工作面老頂初次來(lái)壓時(shí)，老頂初次斷裂，并對(duì)工作面煤壁和支架產(chǎn)生劇烈影響，對(duì)煤壁產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致部分厚度的煤壁被壓垮造成的。研究工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律對(duì)液壓支架及防止煤壁片幫有一定的作用。

2 工作面概況

31012綜采工作面走向長(zhǎng)308m，切眼長(zhǎng)147m。該采面煤層平均厚度為7.9m左右，采用分層開(kāi)采，目前開(kāi)采下分層，煤層傾角平均為18°，31012綜采工作面當(dāng)前實(shí)際采高平均為3m。二1煤層老頂為粉砂巖，直接頂為砂質(zhì)泥巖，直接底為砂質(zhì)泥巖。

3 數(shù)值模擬方案及結(jié)果分析

3.1 數(shù)值模擬方案 工作面圍巖（上覆巖層、底板）移動(dòng)破壞、應(yīng)力分布規(guī)律模擬研究。

依據(jù)31012工作面實(shí)際開(kāi)采情況進(jìn)行以下內(nèi)容的模擬研究。

①上覆巖層垮落的特征及覆巖的移動(dòng)規(guī)律、應(yīng)力分布規(guī)律。②工作面開(kāi)采超前支承壓力的分布規(guī)律。③工作面開(kāi)采底板變形規(guī)律和破壞深度，主要模擬不同工作面長(zhǎng)度開(kāi)采時(shí)底板應(yīng)力場(chǎng)及破壞深度（塑性區(qū)）。

3.2 數(shù)值模擬模型的建立 模型左右邊界寬度150m，模型上邊界取至煤層頂板向上53m。將模型下邊界取至巷道底板以下超過(guò)14m。上部邊界條件采用應(yīng)力邊界條件，下部位移邊界條件：可以在x方向上運(yùn)動(dòng)，將鉸支固定在y方向上，即v=0。模型左右側(cè)位移邊界條件：在y方向上可以運(yùn)動(dòng)、在x方向上固定的鉸支，即u=0。

3.3 確定巖石力學(xué)參數(shù) 由于沒(méi)有鶴煤九礦實(shí)測(cè)的巖石力學(xué)參數(shù)值可以參考，根據(jù)相鄰礦井巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)果，結(jié)合該煤礦的實(shí)際巖性近似取值，其巖石力學(xué)參數(shù)如表1所示。

3.4 分析數(shù)值模擬結(jié)果 對(duì)煤炭進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，會(huì)對(duì)煤層上覆的巖層構(gòu)成一定的破壞，造成巖層的變形，甚至冒落等。對(duì)于距離煤層較近的巖層，如果其巖性比較軟并且厚度比較薄，在開(kāi)采煤炭時(shí)上覆巖層首先會(huì)發(fā)生冒落，在采空區(qū)出現(xiàn)堆積，與上覆硬厚巖層形成自由空間。在煤壁、采空區(qū)冒落矸石以及液壓支架的支撐下，上覆硬厚巖層逐漸變形、破壞、失穩(wěn)。受地質(zhì)條件和工藝參數(shù)的影響，上覆巖層呈現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)采高度為3m。

隨著工作面不斷向前推進(jìn)，頂板從開(kāi)切眼開(kāi)始出現(xiàn)分層、倒臺(tái)階狀冒落等特征。由于工作面下部的厚度比較小，導(dǎo)致巖性較軟的巖層首先發(fā)生冒落。而對(duì)于厚度較大的巖層，首先會(huì)形成一種暫時(shí)的、長(zhǎng)度小于5m的鉸接結(jié)構(gòu)，然后再發(fā)生冒落，在一定程度上工作面支架受到這種平衡結(jié)構(gòu)斷裂的直接影響。因此，工作面基本頂來(lái)壓前，在直接頂上會(huì)出現(xiàn)一次至幾次來(lái)壓現(xiàn)象，頂板巖石的力學(xué)性質(zhì)決定著來(lái)壓的次數(shù)和強(qiáng)度。通過(guò)模擬證明，當(dāng)工作面推進(jìn)到10m時(shí)，冒落高度為4.4m，當(dāng)工作面推進(jìn)到30m時(shí)，冒落高度為7.1m，當(dāng)工作面推進(jìn)到42m的時(shí)候，冒落高度達(dá)到了9.8m，如圖1～4所示。

當(dāng)直接頂發(fā)生冒落后，巖石在采空區(qū)出現(xiàn)無(wú)序的堆積，在一定程度上減小了基本頂巖層的運(yùn)動(dòng)空間。隨著直接頂?shù)牟粩嗝奥?，在其上方的厚硬巖層出現(xiàn)斷裂，并且彼此之間互相擠壓，進(jìn)而構(gòu)成鉸接平衡結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)之間的水平擠壓力隨著工作面的不斷前移而逐漸減小，這種平衡結(jié)構(gòu)在工作面推進(jìn)到30m時(shí)，發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)失穩(wěn)，進(jìn)而對(duì)工作面造成基本頂來(lái)壓?；卷敵醮蝸?lái)壓后，基本頂形成的鉸接結(jié)構(gòu)在工作面推進(jìn)到42m時(shí)繼續(xù)失穩(wěn)，并伴隨著第一次周期來(lái)壓。上覆巖層隨著工作面推進(jìn)距離的不斷增加而發(fā)生周期性冒落，采空區(qū)冒落矸石逐漸承擔(dān)巖層的重量，進(jìn)而壓實(shí)離層。按照各自的巖層幾何力學(xué)特征及受力狀況，采場(chǎng)上覆巖層出現(xiàn)冒落、變形和離層。這種整體的變形以及相互間的作用力，分別以不同的形式影響到采場(chǎng)支承壓力以及支架的受力情況。

4 工業(yè)試驗(yàn)效果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，31012工作面頂板來(lái)壓比較明顯，周期來(lái)壓步距為9～13.8m，平均為11.7m，工作面上部、中部、下部的周期來(lái)壓步距變化不大；通常情況下，周期來(lái)壓持續(xù)時(shí)間在1～5個(gè)循環(huán)，平均持續(xù)時(shí)間為2.4個(gè)循環(huán)；周期來(lái)壓持續(xù)4～33個(gè)小時(shí)，平均持續(xù)為13.3個(gè)小時(shí)；來(lái)壓動(dòng)載系數(shù)為1.54～2.02，平均為1.84，頂板來(lái)壓強(qiáng)度是比較大。通過(guò)研究分析模擬結(jié)果，可以得出，工作面來(lái)壓步距與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果基本保持一致。因此，對(duì)于大采高工作面上覆巖層冒落特征，通過(guò)采用UDEC數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬，能夠充分證明該模型的建立和參數(shù)的選擇是合理的。

5 結(jié)論

①通過(guò)數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)確定工作面初次來(lái)壓步距為30m，周期來(lái)壓步距為9～13.8m。②通過(guò)采用UDEC數(shù)值模擬軟件對(duì)大采高工作面上覆巖層冒落特征進(jìn)行模擬，證明本模型的建立和所取參數(shù)合理。

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作者簡(jiǎn)介：趙磊（1987-），男，河南鶴壁人，助理工程師，現(xiàn)任河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤九礦綜采隊(duì)主管技術(shù)員，從事煤礦采掘管理工作。