某礦1604綜放工作面合理長度模擬分析

陶俊卿

(山西汾西礦業集團南關煤業有限責任公司)

1 工作面概況

某礦1604工作面上部為1602采空區，東以服務公司小井6#勘探線為界，南部為未開采的實體煤層，下部為17#煤層，地面為相對高差不大的丘陵地貌，地面無任何建筑物，工作面地面標高1 230 m，井下標高1 080 m。該工作面走向長1 764 m，傾斜長312 m，工作面走向N20°E，傾向SE110°。該工作面開采煤層為16#煤層，煤層厚度8～11 m，平均厚度8.5 m，結構復雜，原煤灰分為20%～27%，含硫2.5%，為富硫煤。該工作面頂板為砂質泥巖，厚度約5 m，在其上部為15#煤層，煤層厚度為0.75 m，局部地段與14#煤層合并，頂板為石灰巖。

2 數值模擬

2.1 方案設計

考慮到工作面長度對片幫和冒頂的影響，本研究中選取工作面傾向長度分別為150，200，250，300，350，400 m 6種工況(對應的模擬方案編號分別為Ⅰ～Ⅵ)進行FLAC3D數值模擬分析，工作面相關參數見表1。

表1 工作面模擬參數賦值

為進一步分析不同方案對應的工作面超前支承壓力、工作面中部支承壓力以及端頭附近超前支承壓力的分布特征，分別從工作面端頭到工作面中心線等比例選取了4個測點(編號分別為A、B、C、D)，以工作面端頭為原點，測點分布如表2所示。

表2 工作面長度方案及測點布置

模型建好、壓實后，在工作面推進方向后留50 m 厚煤柱，開始底層開挖，開挖高度設置為2.5 m，放煤高度設置為6 m，開挖寬度與各方案工作面長度一致，其中，實際工作面所選取的基本支架型號為ZF6800/18/35，控頂距為4.95～5.55 m，本研究模擬控頂距取5.0 m[1-4]。

2.2 試驗結果分析

2.2.1 工作面超前支承壓力

分析圖1可知：①隨著工作面長度的變化，工作面前方支承壓力峰值呈現出向煤體深度遷移的規律，前移范圍較小，峰值分布于煤壁前方7～11 m處，工作面長度大于250 m后，工作面前方支承應力峰值位于煤壁前方10～11 m處，支承應力變化趨于緩和；②工作面越長，工作面中部前方支承壓力峰值越大，工作面長度大于300 m后，支承壓力的變化趨勢不明顯；③工作面中部前方支承壓力最大，支承壓力大小由中部向端頭方向依次遞減；④工作面端頭煤體前方的支承壓力隨工作面長度的改變，變化趨勢不明顯[5-7]。

圖1 工作面超前支承壓力曲線

2.2.2 工作面中部中心線附近超前支承壓力

分析圖2可知：當工作面長度為150 m時，超前支承壓力峰值出現在煤壁前方7.5 m處；當工作面長度增加至200 m時，峰值出現于煤壁前方9.0 m處，支承壓力峰值也略有增加，說明煤體的塑性破壞范圍加大，破壞強度也增加，頂煤破碎程度可能增大；當工作面長度進一步增大后，超前支承壓力峰值點位置和峰值基本不再變化，超前支承壓力基本保持在25 MPa以下。

圖2 工作面中心線附近超前支承壓力分布曲線

2.2.3 工作面端頭附近超前支承壓力

由圖3可知：當工作面長度為150 m時，支承壓力峰值均出現于煤壁前方約5.5 m處，壓力峰值略有增加，說明煤體的塑性破壞范圍改變不大；當工作面長度進一步增加后，超前支承壓力峰值點位置和峰值基本不再變化；工作面端頭前3～15 m內的煤體壓力較大，需要增加超前支護；在工作面前方15～50 m內，隨著工作面長度的增加，煤壁前方支承壓力略有增大，但整體值不大，對工作面安全開采的影響較小。

3 結 論

(1)當1604工作面長度大于250 m后，前方支承壓力變化趨于緩和，對頂煤的破碎效果趨于一致，出于頂煤破碎充分的考慮，建議工作面傾向長度設計為250～400 m，有利于提高頂煤的回收率。

圖3 工作面端頭附近前方支承壓力曲線

(2)1604工作面端頭超前支承壓力峰值出現于煤壁前方5～10 m處，兩順槽超前支護距離應控制在0～20 m，既能保證安全，又可合理滿足生產要求。

(3)1604工作面長度大于200 m后，前方支承壓力出現增大趨勢，為確保安全生產，工作面液壓支架需要及時補液，確保支架的工作面阻力。應加強日常檢修工作，一旦發現有漏液現象，應及時修理。確保液壓泵站壓力及乳化液濃度符合《煤礦安全規程》要求。