坚硬特厚煤层顶分层综采工作面支承压力分布特征研究.pdf

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1、2010年8月矿业安全与环保第37卷第4期坚硬特厚煤层顶分层综采工作面支承压力分布特征研究伍永平一，高喜才，解盘石，曾佑富(西安科技大学a．教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室；b．能源学院，陕西西安710054)摘要：结合陕西彬长矿区大佛寺煤矿具体工程地质条件，采用数值分析和现场实测的方法分析了坚硬特厚煤层顶分层大采高综采工作面支承压力分布规律。结果表明，坚硬特厚煤层顶分层综采工作面支承压力分布特征与一般工作面相比存在较大差异，可为工作面围岩控制、回采巷道合理布置及煤柱尺寸确定提供依据。关键词：特厚煤层；大采高；围岩控制；支承压力；数值模拟中图分类号：TD323文献标志码：B文章编号：10

2、08—4495(2010)O4—0008—03研究采场支承压力分布规律，对采场围岩矿压埋藏深度430～480m，煤层较厚(16～19m，一般显现控制、巷道支护方式、支护强度的选择及动力灾17．5m)，煤层硬度相对较大，普氏系数在2．8～3．0。害事故防治，均具有重要意义和工程应用价值¨。直接顶为泥岩，砂质胶结，中夹粉砂岩条带和薄煤目前，对一般、深部综放工作面支承压力分布规律理层，水平层理发育，厚度为1．90～5．74m，一般为论模型及实测研究较多，而对于特殊条件下采4．21m。老顶上部为粗砂岩，钙质胶结，厚度为3．51～场尤其是大采高采场支承压力分布规律研究较少。9．45m，一般为5．79m，

3、遇水极易软化；下部为粉砂超长、孤岛综放工作面也因其应力集中程度的增加岩，浅灰色的细砂岩，波状层理，厚度为1．52～而使得矿压显现剧烈，工作面侧向不同宽度的煤柱内3．20m，一般为2．50m。40104工作面是陕西彬长应力分布明显不同；文献[10—11]表明不同采高矿区大佛寺煤矿在401采区布置的第1个预采顶分工作面围岩支承压力分布规律存在明显差异，随着层放顶煤工作面，也是矿井第1个针对4煤层首采煤层一次采高的增加，煤壁加高其稳定性必然受到顶分层大采高综采工作面。工作面回采巷道沿煤层支承压力的较大影响，支承压力分布特点直接影响顶板预留2．5m顶煤布置掘进，区段煤柱45m，工作到直接顶力学性质的改

4、变从而使围岩控制难度加面倾向长度260m，采煤机割煤高度3．8m，全部垮大。因此，深入研究特厚坚硬煤层综采大采高采场落法控制顶板。支承压力的分布规律，对于充分发挥大采高的优势，实现安全生产有重要意义。以彬长矿区大佛寺矿2数值模拟方案4煤层赋存条件为基础，采用数值模拟软FLAC3D、2．1计算模型的建立现场观测结果来分析坚硬特厚煤层大采高工作面采根据工程地质条件建立40104综采工作面三维场支承压分布特征及规律，以期为工作面围岩控制数值计算模型，建模过程中，尽可能保持重要区域网及合理留设煤柱尺寸提供依据。格的统一，避免长细比大于5：I的单元，以保证计算1工程概况的准确程度；为消除边界效应的影响，

5、计算区域处于边界150m外。三维计算模型宽×厚×高=1000m×工作面回采的4煤层赋存稳定，属近水平煤层，260m×420m，工作面推进方向沿轴正方向，采用收稿日期：2009—11—04；2010一O1—16修订Mohr—Coulombplasticitymodel本构模型，大应变变基金项目：陕西省重点实验室重点项目(05JS23)；西安科形模式，用brick单元模拟煤层及围岩，模型底部限技大学培育基金项目(200602)制垂直移动，模型前后和侧面限制水平移动。整个作者简介：伍永平(1962一)，男，陕西汉中人，博士，教授，模型由596875个单元组成，包括628215个节点，博士生导师，主要

6、从事软岩巷道支护和岩层控制方面的研究见图1。工作。Tel：029—85583347。．8．2010年8月矿业安全与环保第37卷第4期虑到老顶岩层厚度大且坚硬的特点及直接顶的弹性基础效应，简支边的支反力合力作用点前移，支承压力的峰值在增大，超前支承压力影响范围也进一步加大。回采期间，工作面上方的低应力区逐渐向上延伸，煤层直接顶位于应力降低区内。工作面回采30m时，煤壁前方应力增高区范围缩小为8～12m，应力峰值在11．3～12MPa，超前支承压力影响范围在80～100m；同时在工作面前方15～20m，底板下方20—图1数值计算模型27m内出现应力增高区，受底板厚且坚硬煤层的影响，其范围和应力值与

7、一般综放工作面情况有明显增2．2计算模型煤岩层的物理力学参数选取大现象。工作面回采42m时，由于工作面回采直接根据现场钻孑L得到的煤层柱状图和岩体的物理顶的大范围垮落，老顶岩层开始出现应力降低区，工力学参数，模型各煤层力学参数见表1。作面前后方煤壁高应力区应力值出现升高、降低，再表1计算采用的岩体力学参数升高、降低的起伏变化，煤壁侧支承应力影响范围进耋名称(km)觏Y髓PaMPa。抗MPaMPa(