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        大傾角綜放工作面過(guò)構(gòu)造帶技術(shù)措施研究

        2019-07-15 00:51:50靳彥偉
        山東煤炭科技 2019年6期
        關(guān)鍵詞:采煤機(jī)

        靳彥偉

        (山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司,山西 長(zhǎng)治 047100)

        1 工程概況

        山西長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)煤礦3-807工作面外段順槽設(shè)計(jì)可采長(zhǎng)度318m,切眼200m,工作面煤層傾角達(dá)16°,采用綜采放頂煤開采?;夭芍?7.7m時(shí),82架至90架煤壁上部出現(xiàn)矸石,厚度70cm,揭露S2向斜構(gòu)造;回采至31.7m時(shí),工作面機(jī)尾揭露F8-29正斷層,落差3m;回采至69.8m時(shí),機(jī)尾揭露F8-28正斷層,落差1m?;夭芍猎摌?gòu)造段時(shí),工作面巖層逐漸增厚,甚至出現(xiàn)全斷面矸石,隨著工作面推進(jìn),構(gòu)造不斷向機(jī)頭方向延伸。

        2 數(shù)值模擬分析

        為了保證工作面順利通過(guò)復(fù)合地質(zhì)構(gòu)造,采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)大傾角工作面過(guò)復(fù)合地質(zhì)構(gòu)造的巖層力學(xué)性質(zhì)、工作面支撐壓力分部范圍以及頂板的破壞特性等進(jìn)行研究。

        2.1 模型建立

        模型建立根據(jù)工作面的煤巖層力學(xué)特性,如表1。設(shè)置模型的長(zhǎng)度為318m,寬度200m,高度80m,模型劃分299200個(gè)單元,累計(jì)412620節(jié)點(diǎn),由下至上依次為底板、煤層、直接頂、上覆巖層。

        表1 煤巖層力學(xué)特性表

        2.2 模擬過(guò)程及結(jié)果

        工作面自切眼處正常推進(jìn)時(shí),隨著開采距離的增加,可發(fā)現(xiàn)工作面垂直應(yīng)力隨著發(fā)生改變。如圖1所示為垂直應(yīng)力變化圖。

        圖1 垂直應(yīng)力隨工作面推進(jìn)變化曲線

        由圖1可看出,隨著工作面的推進(jìn)垂直應(yīng)力的峰值變大,且應(yīng)力集中的區(qū)域逐漸靠近煤壁,煤壁支護(hù)的難度將隨之增大。

        工作面繼續(xù)推進(jìn)過(guò)程揭露正斷層和向斜構(gòu)造時(shí),工作面由俯斜開采轉(zhuǎn)為仰斜開采,由于構(gòu)造的影響,工作面應(yīng)力集中現(xiàn)象比較明顯,垂直應(yīng)力增大,造成頂板破碎程度增加,且影響范圍增大,如圖2所示。

        圖2 工作面過(guò)復(fù)合構(gòu)造垂直應(yīng)力變化圖

        工作面推進(jìn)過(guò)程,由于垂直應(yīng)力的增加,應(yīng)力集中現(xiàn)象比較明顯,頂板的塑性破壞也加劇,塑性破壞的范圍變大,如圖3所示。由圖3可看出,頂板周期來(lái)壓步距為10m,隨著采煤工作面的推進(jìn),煤壁由于應(yīng)力集中發(fā)生塑性破壞程度加強(qiáng),直接頂發(fā)生冒落的情況會(huì)更加嚴(yán)重。

        3 過(guò)構(gòu)造帶的技術(shù)措施

        3.1 工作面調(diào)斜開采

        由于工作面過(guò)向斜構(gòu)造時(shí)煤層及頂板下切角度較大,工作面刮板輸送機(jī)容易呈“鍋底狀”,造成原煤運(yùn)輸困難增大;同時(shí),由于運(yùn)輸順槽煤層先上升后下降,回風(fēng)順槽煤層先下降后上升趨勢(shì),因此,采用調(diào)斜回采方式。工作面機(jī)頭至40架進(jìn)行俯采、中部進(jìn)行平角度回采、機(jī)尾段(110~136架)進(jìn)行仰采,盡量墊平前刮板輸送機(jī),向斜軸部最低處適當(dāng)挑頂提車,盡可能減小工作面與構(gòu)造帶夾角,緩解工作面下切角度,降低刮板輸送機(jī)運(yùn)輸困難,減小工作面回采難度。

        圖3 工作面過(guò)復(fù)合地質(zhì)構(gòu)造塑性變形分布變化情況

        3.2 合理調(diào)整采煤機(jī)割煤和移架循環(huán)作業(yè)

        過(guò)向斜及斷層構(gòu)造帶期間,構(gòu)造區(qū)內(nèi)工作面將會(huì)出現(xiàn)堅(jiān)硬的矸石,有些矸石尺寸比較大,甚至是全斷面矸石,此時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整采煤機(jī)采高和推進(jìn)速度,改變移架方式。一是采煤機(jī)放慢截割速度,與移加速度相匹配,頂板破碎段,采取跟機(jī)移架,正常段,移架滯后機(jī)組滾筒不得小于15m;二是在矸石硬度較軟的情況下,采用留頂割底,構(gòu)造段巖石堅(jiān)硬時(shí),采用爆破松動(dòng)后截割,盡量減少打眼、爆破工作量,構(gòu)造區(qū)域內(nèi)合理控制好采高,保證構(gòu)造區(qū)平穩(wěn)過(guò)渡;三是嚴(yán)格執(zhí)行“少降快移”移架原則,堅(jiān)持帶壓擦頂移架,升柱時(shí)調(diào)整前后立柱,使頂梁與頂板嚴(yán)密接觸,確保支架初撐力達(dá)標(biāo);移架時(shí),嚴(yán)格按照從兩側(cè)向中間移架的順序進(jìn)行,邊移架邊向機(jī)頭機(jī)尾調(diào)架。

        3.3 強(qiáng)化刮板輸送機(jī)管理

        過(guò)向斜及斷層構(gòu)造期間,根據(jù)工作面變長(zhǎng)情況,及時(shí)掐接刮板輸送機(jī)中部槽,并調(diào)整好兩端頭推進(jìn)度,控制輸送機(jī)位置,保證輸送機(jī)長(zhǎng)度滿足采煤機(jī)割煤及運(yùn)輸機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接需求,確保采煤機(jī)能順利割透兩端頭。同時(shí),加強(qiáng)后刮板輸送機(jī)的管理和清理工作,每班安排專人認(rèn)真清理驗(yàn)收,現(xiàn)場(chǎng)交接。推拉輸送機(jī)時(shí),嚴(yán)格按照順序進(jìn)行,防止后部輸送機(jī)溜槽出現(xiàn)錯(cuò)茬以及工作面向斜軸部滯后,造成支架擠架、咬架。

        3.4 頂板及煤壁管理

        過(guò)復(fù)合構(gòu)造期間,由于頂板周期來(lái)壓步距只有10m,且頂板及工作面圍巖應(yīng)力集中現(xiàn)象比較明顯、塑性破壞嚴(yán)重,在工作面推進(jìn)時(shí),應(yīng)及時(shí)進(jìn)行錨桿支護(hù)。圍巖破壞嚴(yán)重的地方,必要時(shí)采取注漿措施,增加破碎圍巖的整體性,再采取其他支護(hù)方式。

        4 應(yīng)用效果

        3-807工作面過(guò)向斜及斷層構(gòu)造帶期間,根據(jù)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析,采取相應(yīng)安全技術(shù)措施,有效保證了工作面的順利推進(jìn)和安全生產(chǎn)。過(guò)地質(zhì)構(gòu)造期間單月累計(jì)推進(jìn)約130m,生產(chǎn)原煤26萬(wàn)t,為復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下工作面開采積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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