坚硬厚层顶板采场初采强制放顶技术研究

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1、坚硬厚层顶板采场初采强制放顶技术研刘国庆李饶荣种德雨周虎神木汇森凉水井矿业有限责任公司摘要：为解决工作面初采期间坚硬厚层顶板长期悬露、不垮落的问题，利用数值模拟、参数优化等方法，结合工业性试验，分析并验证了预裂爆破技术在初采初放时的可行性和优越性。研究表明，工作面初采期间采用预裂爆破技术能够改变原有的顶板力学结构，可以有效避免坚硬厚层顶板釆场基木顶初次来压时存在的动载冲击危险性，为煤矿安全高效开采提供技术保障，也为相似条件下的顶板矿压管理提供了借鉴。关键词：坚硬厚层顶板;初采强制放顶;初次来压;矿压控制;冲击危险性;作者简介：刘

2、国庆（1984-），男，釆矿工程师，毕业于中国矿业大学釆矿工程专业，主要负责矿井生产技术管理工作。收稿日期：2017-09-15Received：2017-09-150引言顶板安全事故长期困扰着我国的煤矿安全生产，尤其在坚硬厚层顶板开采条件下，问题更加突出［1-3］。20世纪50年代以來，我国开始对坚硬顶板矿压控制进行了专项研究，不仅在生产实践中积累了丰富的实践经验，而且在理论方面的研究也取得了丰硕成果。概括来讲，己经形成了以“稳基础”和“弱结构”两类方法为主的技术体系。其中，“稳基础”主要包括留设煤柱、采空区充填等手段。此类方

3、法流程复杂、煤炭采岀率低、综合成本高;而以弱化顶板力学结构为出发点“弱结构”技术体系，方法涵盖爆破、注水、化学等施工工艺，比较适合对浅埋煤层坚硕厚层顶板采场进行初采矿压控制。1工程概况42113工作面为凉水井煤矿首采盘区第13个综采工作面，工作面长4240m,切眼长315m,煤层均厚3.0m,倾角0~3。，煤层埋深约110mo采用长壁综合机械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板，后退式冋采。42113工作面煤层赋存稳定、埋深较浅、地质构造及水文地质条件简单，属于瓦斯矿井。煤层上方赋存有一层厚度约0.30m的泥岩、碳质泥岩伪顶，

4、直接顶为厚度约6.66m的细粒砂岩，基本顶为厚度约32.75m的细粒砂岩、粉砂岩，直接底为厚度约12.87m的粉砂岩。该区内无地质构造分布。探测表明，水平应力场的影响不明显。2工作面初采强制放顶数值模拟2.1模型建立采用UDEC数值计算软件，在矿井42113工作面实际地质条件的基础上，建立简化后的平面模型。模型长315叭高120m,如图1所示，模型顶底板物理力学参数选取情况如表1所示。模型采用平面应变模式，模型的左、右边界及底部边界采用位移约束边界条件。图1UDEC数值计算模型下载原图岩性1L11—1石层密度/(kg/fn0内聚

5、力MPa内摩/C松散层19001.11基岩层25004.21U4—石层基本顶2700103直接顶250022煤140011底板2500102节理真节理51假节理01模拟对比不放顶和放顶2种情况，分别逐步开挖煤层，并在上覆岩层中布置监测点，实时监控在此过程屮工作面不同推进度时覆岩的位移、应力等规律。2.2模拟结果分析2.2.1顶板垮落形态演化工作面推进过程中不放顶和放顶2种方案对应的顶板垮落情况对比如图2所示。（①）不放顶ESPJflHTUT*IUQJSC4.00〉LgGPgPA-Her—诃皿05q7・OSBBt

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7、，顶板沉降趋向于稳定。2.2.2覆岩应力及运移分析采取不放顶和放顶2种方案分别对应的工作面推进过程屮基本顶处的垂直应力变化特征如图3所示。由图3可知，在采取强制放顶措施时，当工作面推进至24in以后，基本顶岩块在煤壁一侧的垂直应力由压应力变成了拉应力，即其值由正变负，说明放顶措施在一定程度上抑制了顶板大面积、整体切落失稳事故的发生。_2d乏v^^^®

8、00mm的位移量变化，直到工作面推进到32叭基本顶发生初次垮落。所以，基本顶处安放的测线反馈信息是位移量陡然增至2500mmo在强制放顶条件下，开挖初期的位移量与不放顶时无太大区别。开挖到24ni时,由于基木顶岩块发牛了旋转下沉，由图3可见，此时的位移量约为29