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        綜放工作面停采線位置確定研究

        2019-03-11 11:27:28張龍飛
        山東煤炭科技 2019年2期
        關鍵詞:支架分析

        張龍飛

        (山西石泉煤業(yè)有限責任公司,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,維護困難。實踐證明,停采線位置選擇不合理,會導致頂板下沉嚴重,造成通風困難,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回撤通道內應力分布情況,進而確定綜采面合理停采線位置,以實現(xiàn)綜采設備安全、高效地回撤[3]。

        1 數(shù)值模擬設計

        工作面來壓是基本頂斷裂回轉的過程,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基本頂?shù)倪\動狀態(tài)[4、5]。因此,綜放工作面回撤通道處于基本頂斷裂線以內與斷裂線以外時,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,對以上兩種情況進行實驗比較,以便給出定量、直觀全面的分析。

        1.1 模擬實驗內容

        (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)較小者進一步分析停采線的合理位置。

        1.2 模型設計

        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。為保證模擬結果準確,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,基本頂沿破斷線處發(fā)生破斷,帶動直接頂板與頂煤發(fā)生破斷,最終導致基本頂?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角增大,基本頂同直接頂、頂煤沿工作面煤壁切落,此時支架受力、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,后側立柱阻力明顯大于前側立柱,后立柱的活柱縮量也遠大于前柱,支架前梁呈抬頭工作狀態(tài)。頂煤最大下沉量達到700mm,最大片幫量達到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,工作面支護空間位于基本頂來壓之后,此時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,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位置時,基本頂對回撤通道的影響最小,尚需進一步模擬分析。模擬設計方案為停采線處于周期來壓之外2m、3m、4m、6m、7m與8m,結果如表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,支架所受載荷、頂煤下沉量與煤壁片幫量有如下特點:

        (1)停采線在周期來壓之外0~4m與7~10m范圍內時,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范圍內時,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范圍內相較于停采線在周期來壓之外0~4m與7~10m范圍內時,明顯下降。

        停采線位置位于周期來壓之外4~7m范圍內時,即相當于(0.4~0.7)個周期來壓的距離,頂板限制了基本頂?shù)幕剞D,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。當工作面推進距停采線18m時,工作面周期來壓,支架所受載荷急劇增加,頂板冒頂,煤壁片幫嚴重,最深處達到1000mm。按目前設計的停采線,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。新的停采線位置的確定,保證了回撤通道整體穩(wěn)定性,為工作面實現(xiàn)安全、快速回撤提供了技術保障。

        4 結語

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

        (1)停采線位于周期來壓之外相較于位于周期來壓期間時,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時,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。

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