淺埋深工作面開采速度對上覆巖層活動影響規律

摘 要：工作面推進速度是影響端面穩定及煤壁的重要因素之一。為了研究淺埋深工作面推進速度對上覆巖層運動規律的影響，采用3DEC數值模擬軟件對鐵煤集團內蒙古東新煤炭有限責任公司敬老院煤礦8405工作面進行數值模擬。結果表明：當工作面推進速度較快時，頂板切線位置在工作面后方，且距離工作面較遠，此時地表松散巖層和基巖層的同步下沉運動對工作面造成的影響就小。工作面推進速度加快，實質上是減小了工作面頂板發生變形破壞的時間，使頂板下沉量減小，下沉速度降低，頂板的破壞范圍和活動程度減小，因而頂板的來壓步距比一般速度推進時偏大，礦壓顯現不明顯。

關健詞：淺埋煤層 綜采工作面 推進速度 模擬觀測 影響規律

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0091-02

淺埋深煤層由于其特殊的賦存條件，其礦壓顯現受諸多因素影響，如地表松散層厚度，基巖層厚度，地表地形、上覆巖層性質等客觀地質因素和采高、工作面長度、推進速度等主觀可控因素。

在開采過程中，由于原始應力場受到開采的擾動而應力進行重新分布，工作面推進速度的快慢，就會影響工作面圍巖應力場的分布變化。工作面正常推進時，支架前方的頂板巖體容易產生破碎失穩。一般情況下，破碎區提前至煤壁前方，容易發生大范圍的端面冒頂及煤壁片幫事故。端面冒頂及煤壁片幫的發生，不僅影響到綜采工作面的產量，而且對工作面的安全問題有著重要的影響。由于煤巖體的流變特性，工作面推進速度的降低相應增加了礦山壓力對煤的破壞作用，在客觀因素不變的條件下，工作面推進速度就是影響端面穩定及煤壁的重要因素，合理較快的推進速度不僅可以保證工作面正常產量，還可以盡量減少頂板周期來壓對工作面支架的影響。

為了研究工作面推進速度如何影響上覆巖層運動規律，我礦同遼寧工程技術大學合作，采用3DEC數值模擬軟件，對同一模型，同樣的開挖步驟，分析研究不同時步條件下上覆巖層運動規律、圍巖應力場及位移場的變化規律。

1 工程概況

鐵煤集團內蒙古東新煤炭有限責任公司敬老院煤礦8406工作面安裝支架151組，支架型號為ZZ6800/ZZ8800兩種支架交替布置。東北方向以回順為界與8405回順相鄰；西南方向以運順為界與8407回順相鄰；東南方向以設計采止線為界；西北方向以切眼為界與井田邊界相鄰。煤層結構簡單，煤厚2.30～4.01 m，平均煤厚3.17 m，傾斜長度219 m，走向長度為1565 m，煤層傾角0～4°，煤層頂底板情況見表1。

2 數值模擬

2.1 模擬過程

根據敬老院煤礦8405工作面條件，建立數值模型。在3DEC數值模擬中，工作面推進速度可通過模擬運算時步來間接反映出來，通過調整計算時步來確定工作面推進速度的快慢。運算時步越少工作面推進速度越快，運算時步越多，工作面推進速度越慢。

2.2 數值模擬結果分析

3DEC分析上覆巖層運動規律分析結果如圖1～圖3所示。

分析圖1～圖3可知，工作面推進速度直接影響頂板巖層的破壞充分程度，決定了頂板切線與工作面的位置。當工作面推進速度較快時，頂板切線位置在工作面后方，且距離工作面較遠，此時地表松散巖層和基巖層的同步下沉運動對工作面造成的影響就小；相反，當工作面推進速度較慢時，頂板切頂線位置距離工作面較近或就在煤壁前方，這樣地表松散層和基巖層的同步下沉運動將直接影響工作面的安全，嚴重可能導致壓架，如圖4所示

3 現場觀測

通過對工作面正常生產階段的礦壓觀測表明，工作面推進速度在一定程度上影響了工作面的壓力顯現程度。為了更好地分析工作面推進速度與支架日循環阻力平均值進行分析，如圖5所示。

分析圖5可知，該礦工作面推進速度大于10 m/d時，工作面支架受力基本都基本在6500～7500 kN之間，相對較小。因此，保證合理較快的推進速度是工作面正常生產的重要保障之一。

4 結論

（1）當工作面推進速度較快時，頂板切線位置在工作面后方，且距離工作面較遠，此時地表松散巖層和基巖層的同步下沉運動對工作面造成的影響就小。

（2）工作面推進速度加快，實質上是減小了工作面頂板發生變形破壞的時間，使頂板下沉量減小，下沉速度降低，頂板的破壞范圍和活動程度減小，因而頂板的來壓步距比一般速度推進時偏大，礦壓顯現不明顯。

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