采煤工作面超前动压演化特征分析

41采煤工作面超前动压演化特征分析

王晓鹏 司广宏

(山西潞集团安余吾煤业有限责任公司，山西 屯留 046103)

摘 要

本文以丁集矿1252(1)工作面工程背景，应用FLAC3D数值模拟软件分析了运输巷回采侧和小煤柱侧的矿压分布

规律。模拟表明，回采侧随工作面的推进，沿工作面走向及倾向方向，支承压力都有峰值。支承压力沿围岩走向及倾向达到峰值后，走向方向的衰减速度大于倾向方向，峰值处的应力集中系数为2.6~2.8。关键词

锚索 架棚 协同承载

中图分类号 TD322；TD353 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2017.06.018

Analysis on Dynamic Pressure Evolution Characteristics of 1252 (1) Working Face

Wang Xiao-peng Si Guang-hong

(Shanxi Lu'an Group Yuwu coal industry limited liability company, Shanxi Tunliu 046103)

Abstract: Based on the engineering background of 1252 (1) working face in Dingji Mine, This paper applies FLAC3D numerical simulation software to analyze the distribution regularity of ore pressure on the back and back of the transport lane and the side of the small coal pillar. The simulation shows that the back and extraction side of the work is advancing along the working surface, and the bearing pressure has a peak. After the peak of the bearing pressure of the surrounding rock, the direction of the decrease is greater than the tendency direction, and the stress concentration coefficient at the peak is 2.6 ~ 2.8Keywords: anchor rope

1 研究方法

1.1 监测仪器及测站布置方式

淮南矿务局丁集矿1252(1)工作面采动应力场监测采用ZLGH-20G型振弦式钻孔应力计，配备有专门的数据采集仪。应力计布置如图1。

号输出，其测量应力的原理为：通过煤岩体应力变化引起钻孔变形，此变形传递至测量元件，引起元件中钢弦张力的变化，钢弦的共振频率和振动产生的电流随之发生变化。测量仪表通过测量电流，并由电流—振弦振动频率—振弦张力—钻孔变形—岩体应力变化之间的关系即可获得围岩压力的变化。其所测得的数据并不是应力绝对值，而是安装应力计后的应力增量，由此得到应力增量场。该应力计与液压式钻孔应力计相比具有灵敏度高、抗干扰能力强、长期稳定性好、可以遥测、使用方便、过程操作重复性好等优点。

振弦式钻孔应力计由表面位移观测站KD10开始向靠近切眼方向进行安装，设计间隔0.8m，由于现场施工误差及钻孔损毁，实际安装间距及安装深度如图1所示。

图1 应力计布置巷道平面图

振弦式钻孔应力计以钢弦作传感元件，数字信

2017-03-14收稿日期

作者简介 王晓鹏（1984-），男，山西昔阳人，助理工程师，本科学历，从事煤矿生产管理工作。

1.2 数值模型建立

1.2.1 边界条件及初始物理模型

以1252(1)工作面地质条件为工程背景建立模型，模型中煤岩层厚度均为实际平均厚度。模型尺寸：300×240×72.7m，单元格总数621000个，节

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点总数650012个。

物理模型的坐标说明：x方向为煤层走向方向，y方向为煤层倾向方向，z方向代表煤层埋深；模型中11-2煤层厚3m，底板坐标为z=0，顶板坐标为z=3；1252(1)工作面位于x=0处；y=0为1252(1)运输顺槽非回采帮。

模型左右前后四个侧面为单约束边界，施加水平约束，即边界水平位移为零。模型底部为全约束边界，即底部边界结点水平位移、垂直位移均为零。模型上部为载荷边界，根据模型埋深，在上部边界施加埋深为800m的上覆岩层载荷，重力加速度为10m/s（如图2所示）。

图2 FLAC3D

数值模拟模型

初始条件下进行初始平衡计算，垂直方向的应力成层状分布，符合预期结果。1.2.2 1262(1)工作面开挖模型

用Null模型来模拟1262(1)工作面回采后的采空区，空模型位于模型中11-2煤层位置，开挖长度等于初始物理模型长度，宽度为40m，高度为3m，等于11-2煤层高度（如图3所示）。

由于1252(1)工作面两条顺槽是在1262(1)工作面回采结束且采空区稳定后才开始掘进，为了让模型在最大程度上接近于现场实际，需在开挖1262(1)工作面并运行平衡后才开始开挖1252(1)工作面。1.2.3 1252(1)工作面开挖模型

待1262(1)工作面开挖模型运行平衡后开挖1252(1)工作面两巷及采空区。1252(1)工作面两巷实际尺寸为，高3m，宽5m，沿煤层顶板掘进，小煤柱宽7m，工作面倾斜长度为208.6m。数值模型中，两巷开挖尺寸：高3m，宽6m，小煤柱宽8m，工作面倾斜长度为100m，开挖结果如图5所示。

运输巷及运输顺槽现场均采用锚杆支护。数值模拟中，两巷也采用锚杆支护，具体支护参数为，间距1m，排距2m，锚杆长度2.4m。顶板安装6根锚杆，两帮各安装3根。计算时对x，y，z方向位

2017年第6期

移清零，以去除初始平衡及1262(1)开挖平衡对最终结果的影响，在平衡过程中对锚杆托锚力进行监测。

图3 平衡后应力分布图

图4 1252(1)工作面开挖模型

2 工作面应力增量场演化特征

2.1 工作面运输巷小煤柱侧应力增量场演化特征

小煤柱侧布置5个钻孔应力计，安装深度分别为1m，2m，3m，4m，5m。工作面回采时，定时采集钻孔应力数据，经处理后得到小煤柱侧应力增量曲线如图5。

1252(1)工作面运输巷非回采侧小煤柱宽度为7m；为方便划分单元格，数值模拟模型中，小煤柱宽度8m。用tecplot软件处理后，小煤柱倾向和走向应力分布如图6、7所示。

图5 工作面运输巷小煤柱侧应力增量曲线图

由实测结果可以看出：沿走向方向，工作面前方无应力峰值，也无应力降低区；沿倾向方向，小煤柱内2m和3m处应力要高于1m处及4m、5m处，即沿倾向方向，小煤柱内应力呈现中间应力高两侧

2017年第6期

应力低的单峰值现象。

图6 运输巷小煤柱侧倾向方向超前支承压力数值模拟结果

图7 运输巷小煤柱侧走向方向超前支承压力数值模拟结果

由模拟结果的应力云图可以看出：沿走向方向，工作面前方应力未达到最大值，随工作面的回采，工作面前方应力持续升高，在工作面后方6m处达到最大值；这是由于工作面后方煤层被采出，采空区上方围岩应力向四周转移，使小煤柱在采空区的部分出现应力集中。沿倾向方向，小煤柱一侧为正在回采的1252(1)工作面，另一侧为已回采的1262(1)工作面，受两个工作面上覆岩层的影响，小煤柱在倾向方向出现“两侧应力低，中间应力高”的单峰现象，峰值处的应力集中系数为3.2。

沿走向方向，工作面前方无应力峰值，也无应力降低区。沿工作面倾向方向，出现“两侧应力低，中间应力高”的单峰值现象，倾向方向峰值处的应力集中系数为3.2。

2.2 运输巷回采侧应力增量场演化特征

设计运输巷回采侧布置9个钻孔应力计，安装深度分别为2m、4m、6m、8m、10m、12m、14m、15m、16m；由于现场安装条件比较复杂，实际成功安装6个，分别为6m、8m、10m、14m、15m、16m，每两天记录一次应力变化，曲线如图8。

43 图8 运输巷回采侧应力增量曲线图

将开挖1252(1)工作面模型平衡后的结果导入tecplot软件，对运输巷回采侧围岩在倾向及走向方向进行切片，并显示SZZ方向应力等值线图及各等值线的应力值，以更直观清楚的显示运输巷回采侧

围岩在走向及倾向方向的应力分布规律（如图9、10所示）。

图9 运输巷回采侧走向方向超前支承压力数值模拟结果

图10 运输巷回采侧倾向方向超前支承压力数值模拟结果

由实测结果可以看出：沿走向方向，随工作面的回采，支承压力持续增大，在工作面前方11m处出现峰值。沿工作面倾向方向，随钻孔应力计的安装深度，支承压力持续增大，在观测深度范围内没有出现峰值。

由模拟结果的应力云图可以看出：沿走向方向，垂直应力在1252(1)工作面前方7m处达到最大。沿倾向方向，垂直应力在距巷道壁4m处达到最大值；。支承压力沿围岩走向及倾向达到峰值后，走向方向

（下转第45页）

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2017年第6期

中厚煤层高档普采托伪顶开采技术探讨与实践

冯仲坤

（河北云山集团工程爆破有限公司，河北 邢台 054000）

摘 要

本文探讨研究了中厚煤层高档普采工作面托伪顶开采生产技术。开滦集团蔚州公司西细庄矿在生产实践中，解

决了在复杂地质条件下伪顶随采随落难留的技术问题，取得了宝贵的托伪顶开采经验，得到良好的经济效益。关键字

中厚煤层 托伪顶 工艺

中图分类号 TD823 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2017.06.019

Discussion and Practice retaining false roof Mining Technology at High-grade Conventional Mining Face in Medium Coal Seam

Feng Zhong-kun

(Hebei Yunshan Group Engineering Blasting Co., Ltd.,Hebei Xingtai 054000)

Abstract: Mining technology with boosting false roof at high-grade conventional mining coal face in medium coal seam is probed and studied in this paper.Through production practice,Xi Xizhuang Coal Mine in Yu Zhou Mining Corporation of Kai Luan Group solved the technology problem of boosting false roof under complex geological conditions.They obtained a lot of valuable experience about the technology of boosting false roof,and gained nicer economic benefits.

Key words: medium coal seam boosting false roof technology

伪顶是存在于煤层与直接顶之间，厚度小于0.3 m~0.5 m，极易垮落的软弱岩层。伪顶一般为炭质页岩、泥质页岩等，常夹有煤线，岩性不稳定，易脱落。伪顶给开采带来很多的问题，容易发生冒顶伤人事故，影响矿山的经济效益和矿石的回采率[1]。因此，有效地托伪顶开采技术对矿山的高效安全生产很重要。

机双向割煤。

工作面煤层上部为0.2 ~0.6 m的夹矸，岩性多为碳质泥岩，夹矸上有0.2 m左右的薄煤层。伪顶平均厚度0.5 m，伪顶中夹有煤线，岩性为泥岩，灰色致密均一，破碎，随采随冒。直接顶为粉砂岩，平均厚度5.92 m，灰色，局部夹薄层泥岩，在伪顶与直接顶间夹有约10 mm的石灰岩。基本顶为细砂岩，平均厚度7.82 m，灰色，坚硬，巨厚层状，硅质胶结。煤层直接底为灰质泥岩，厚度1.02 m，深灰色，具微细水平层理，局部夹粉砂岩薄层，遇水变软。老底为鲕状泥岩，厚度3.5 m。

1 工作面概况

西细庄矿1123回采工作面，位于井田西北部，为一号煤一采区第四个机采工作面。该工作面走向长度为700 m，倾向长度为100 m，煤层倾角为1~4°，为近水平煤层。煤层厚度平均为2.6 m，属中厚煤层。煤质主要为光亮煤，中夹少量半暗煤。工作面局部有小断层出现，但对回采影响不大。1123回采工作面为高档普采工作面，采用ZH2600/20/28ZL型整体顶梁组合悬移液压支架配4柱整体柱鞋管理顶板，选用MG160/375-W型采煤

2017-03-13收稿日期

作者简介 冯仲坤(1990-)，男，汉族，河北邢台人，本科学历，助理工程师，研究方向：煤炭开采

2 托伪顶开采实践

2.1 原来的支护方式

1123工作面开采初期，回采方式为：采高2.6 m，支架托夹矸和伪顶，割煤机割煤，采用如图1托伪顶方法。这时夹矸、伪顶随工作面推进垮落，支架托夹矸与伪顶受压力大。因工作面局部地段有淋水，底板遇水膨胀变软，支架出现下陷低头、歪倒倾斜现象，严重影响了工作面的生产进程和安全生产环境，顶板管理困难。随后改为割夹矸、伪顶回采。