２０１４年第１２期中州煤炭总第２２８期叠古大木同短壁工作面超前支承压力分布规律研究刘晓珂，周治元，王建卫（洛阳义安矿业公司，河南新安４７１８００）摘要：为了掌握某矿大采高短壁工作面超前支承压力分布规律．以首个大采高工作面１３０５工作面为工程背景，在ＦＬＡｃ”数值模拟和现场实测的基础上对超前支承压力分布规律进行分析。研究表明：工作面前方塑性区范围为６．７一１２．５ｍ，平均８．９ｍ。工作面超前支承压力影响范围０～５０ｍ，超前支承压力峰值介于２４．１６—２８．４８ＭＰａ，平均２６．４４ＭＰａ。研究结果为确定合理的护巷煤柱参数及超前支护设计提供了参考。关键词：大采高；超前支承压力；数值模拟中图分类号：ＴＤ３２６文献标志码：Ａ文章编号：ｌ００３—０５０６（２０１４】１２—００１７—０３ＳｔｕｄｙｏｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬａｗｓｏｆＡｄＶａｎｃｅｄＡｂｕｔｍｅｎｔＰｒｅｓｓｕｒｅｏｎＷｏｒｋｉｎｇＦａｃｅｗｉｔｈＬａｒｇｅＭｉｎｉｎｇＨｅｉｇｈｔａｎｄＳｈｏｒｔＷａＵＬｉｕＸｉａｏｋｅ，ＺｈｏｕＺｈｉｙｕａｎ，ＷａｎｇＪｉａｎｗｅｉ４７ｌ（ＬⅡｏ，，ｎ，皤ＭⅡｎ肘ｉｎ西ｔｇ，ｎｄｕ５ｌ，），Ｃｏ．，Ｌｆｄ．，Ｘｉ，ｌ’口ｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｓｏｆａｈｕｔｍｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅ８００，Ｃ＾ｉｎⅡ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｇｒａｓｐｔｈｅｍｉｎｉｎｇｆａｃｅａｓｏｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｗｉｔｈｌａｒｇｅｍｉｎｉｎｇｈｅｉｇｈｔａｎｄｓｈｏｒｔｗａｌｌ，ｔａｋｉｎｇ１３０５ｆｉｒｓｔｏｕｔｔｏｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａ“ｏｎｏｆＦＬＡＣｊｕｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄａｒｅａａｎａｌｙｓｅｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｓｏｆａｂｕｔｍｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｓｔｕｄｊｅｓｈａｖｅｓｈｏｗｎｔｈａｔ，ｔｈｅｐｌａｓｔｉｃ８．９ｍ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｒａｎｇｅｏｆｉｎｆｂｎｔｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｉｓｆｔｏｍ６．７～１２．５ｍ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｉｓｖａｌｕｅｏｆａｂｕｔｍｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓｂｅｔｗｅｅｎ２４．１６ｒｅａｓｏｎａｂＩｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｅｎｔｒｙａｂｕｔｍｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｓｕｏｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｃａｎｉｓＯ～５０ｍ．Ｔｈｅｐｅａｋａ—２８．４８ＭＰａ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｉｓ２６．４４ＭＰａ．ＴｈｅＪｔｓｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｔｅ瑚ｉｎｉｎｇｐｍｔｅｃｔｉｏｎｃｏａｌ—ｐｉｌｌａｒａｎｄａｄｖａｎｃｅｄｓｕｐｐｏｎｉｎｇｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅｍｉｎｉｎｇｈｅｉｇｈｔ；ａｄｖａｎｃｅｄａｂｕｔｍｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１工程概况１３０５工作面为某矿首个短壁大采高试验工作网带索支护，进、回风巷净断面尺寸：宽×高＝５ｍｍｘ４６００ｍｍ×４００００００ｍｍ；切眼净断面尺寸：宽×高＝８ｍｍ。巷道布置如图ｌ所示。５００面。工作面对应的地面标高为＋９９６～＋９８７ｍ，煤层底板标高为＋５８２．４一＋５８６．２ｍ；工作面倾斜长８５ｌｍ，走向总长２９８．６ｍ，煤层平均厚５．３６ｍ；倾角ｏ～８０，平均３ｏ。直接顶为泥岩，平均厚１．８ｍ，基本顶为粉砂岩，厚度在２．２～４．６ｍ之间。１３０５短壁大采高试验工作面开采程序为一次采全高，主采３。煤层，工作面设计采高为５．０ｍ，循环进度为１．２ｍ；割煤使用ＭＧｌ２０／１８ｌ—ＮｗＤ型短壁大采高单滚筒采煤机，采用单向采内放外（割８００ｍｍ放４００ｍｍ）割煤法，采煤机往返一次为１个循环；支架采用ｚＹ５５００／２４／５２型两柱掩护式液压支架。１３０５工作面巷道布置方式为一进一回，巷道均为矩形巷道，锚收稿日期：２０１４一０８一１３作者简介：刘晓珂（１９８８一），男，河南三门峡人，助理工程师。２０１１年毕业于中国矿业大学。现从事采掘『【程及相关管理工作。图ｌ１３０５工作面巷道布置示意２数值模拟研究（１）计算模型的建立。根据１３０５工作面实际开采条件，采用ＦＬＡｃ３０有限差分软件建立三维计算模型，长度３００ｍ，宽度２００ｍ，高度６８．３ｍ。不考虑煤层倾角，模型的左右前后４个侧面为单约束边界，施加水平方向的约束，即边界水平位移为０，只・１７・万方数据２０１４年第１２期中州煤炭总第２２８期允许边界结点沿垂直方向运动。根据模型埋深，按海姆假说ｍ２。，原岩自重应力作用在上部边界上。（２）工作面应力场分布特征。为研究工作面超前支承压力分布特征，分别模拟了工作面回采距离为２０，４０，８０，１００ｍ时支承压力分布特征，模拟结果如图２所示。应力，Ｐ８应力，Ｐ８簿图２工作面应力场分布示意睡萋前支护，采用煤矿井下单体液压支柱工作阻力固定从图２可看出：①工作面的开挖导致了工作面围岩应力重新分布”…，在工作面回采过程中，工作面前后支承压力处在动态变化中，工作面前后出现了明显的支承压力增长区，走向方向可划分为应力降低区、应力增高区及原岩应力区；②随着工作面的推进，工作面超前支承压力的峰值、峰值点距工作面的距离及超前支承压力的影响范围均逐渐增加，但当工作面推进８０ｍ后峰值变化较小，基本保持在２８式测量仪器——ＫＢＹ一６０ｄ型矿用单体数字压力循环监测仪，监测工作面煤壁前方２５ｍ范围内单体柱的工作阻力。１３０５回风巷超前支护范围为５０ｍ，工作面煤壁前方２０ｍ范围内超前支护方式为液压支架，安装ＫＪ２３２矿用顶板压力监测系统监测液压支架工作阻力；其余３０ｍ超前支护方式为单体柱，采用煤矿井下单体液压支柱工作阻力固定式测量仪器——ＫＢＹ．６０ｄ型矿用单体数字压力循环监测仪监测单体柱工作阻力。测点布置如图４所示。ＭＰａ（表１），采空区底板应力变化不大。表１不同推进距离时超前支承压力分布特征（３）工作面走向支承压力分布规律。工作面推进１００ｍ时，工作面顶底板支承压力沿工作面走向方向分布规律模拟曲线如图３所示。从图３中可以看出：工作面超前支承压力最大为２８．３３ＭＰａ，超前影响范围为３５４５４０３５３０２５２０１５１０５０Ｏ图４超前支承压力观测点布置（２）观测数据分析。研究表明∞…，工作面前方煤体由近及远可划分为３个区域：塑性变形区、弹性变形区和原岩应力区。以煤体超前支承压力为纵坐标，工作面推进距离为横坐标，得到如图５所示采动影响下煤体超前支承压力变化曲线，其特征见表２。分析图５和表２可知，工作面前方塑性区域范围为６．７—１２．５ｍ，平均８．９ｍ。工作面超前支承压力影响范围为０～５０ｍ。超前支承压力峰值介于ｍ。图３工作面推进ｌＯＯｍ时走向支承压力分布２４．１６～２８．４８ＭＰａ，平均２６．４４ＭＰａ。根据１３０５工作面地质资料，煤层埋深平均４０７ｍ，故原岩应力值３超前支承压力现场实测（１）观测方案。１３０５进风巷应用单体柱进行超・１８・为９．９７ＭＰａ，计算出的应力集中系数为１．１１～２．８６，应力集中系数平均为１．６２。由此可知，工作面推进度为５０ｍ时，测得支承压力峰值为２８．４８万方数据２０１４年第１２期刘晓珂。等：大采高短壁工作面超前支承压力分布规律研究表２工作面超前支承压力特征总第２２８期ＭＰａ，应力集中系数为２．４２，距离工作面煤壁１２．５ｍ左右；工作面推进度为６０ｍ时，支承压力峰值前移至距离煤壁９．４ｍ左右，应力集中系数上升为２．５５，１３０５大采高短壁工作面支承压力峰值随工作面不断推进有前移现象。３０重２０杂范围为３５ｍ。甏篷ｌｏ卿０１０２０３０（３）随着工作面的推进，支承压力峰值前移，应力集中系数上升，１３０５大采高短壁工作面支承压力峰值随工作面不断推进有前移现象。４０５０６０７０８０９０ｒ作面推进距离，ｍ参考文献：［１］毕业武，侯风才，张国华，等．采场超前支承压力分布规律与巷道稳定性［Ｊ］．黑龙江科技学院学报，２叭２，２２（２）：１３５－１３９．图５超前支承压力分布曲线４结论（１）工作面前方煤体由近及远可划分为３个区２心景春选，潘卫东．大采高工作面的支承压力分布与观测技术研究［Ｊ］．山西焦煤科技，２００９（５）：４＿６．３口王立兵，李敬民，李建军．大采高综采超前支承压力观测及应用［Ｊ］．华北科技学院学报，２００４，ｌ（３）：２４＿２７，域：塑性变形区、弹性变形区和原岩应力区。工作面前方塑性区域范围为６．７～１２．５ｍ，平均８．９ｍ。工作面超前支承压力影响范围为０～５０ｍ。超前支承压力峰值介于２４．１６～２８．４８ＭＰａ，平均２６．４４５∞４Ｈ鲁岩，樊胜强，邹喜正．工作面超前支承压力分布规律［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报：自然科学版，２００８，２７（２）：１８４・１８７．陈轶平．综采工作面超前支护支承压力观测与分析［Ｊ］．山西大同大学学报：自然科学版。２００９，２５（３）：６３＿６５．ＭＰａ。６№（２）数值模拟得出首采工作面超前支承压力峰值在２８ＭＰａ左右，实测超前支承压力峰值均值为２６．４４朱守颂，姜光．工作面超前支承压力分布规律研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１１（３）：９６－９８．ＭＰａ，两者相差不大。确定超前支承压力影响（责任编辑：秦爱新）（上接第１６页）排水系统改造结束后，前期回采７产生的老空水约４０ｍ３／ｈ全部通过管道直排至联巷口水仓中。因为工作面顶板富水不均，在此后的很长一段时间工作面没有老空水出现。恒压泵站的建立，不但有效利用老空水供给东区生产用水，同时也减轻了井底泵房的排水压力，变废为宝，为矿井节省了大量的人力物力，提高了效率。（２）经济效益。此次排水系统改造节省泵工１名，一天三班，到目前共节省ｌ１８８人次，节省费用１７．８２万元；该工作面涌水量４０ｍ３／ｈ，省１台３０ｋｗ潜水泵进行排水，节省电费２０．５３万元；在１００ｍ走向长度内确保工作面不出水煤，按照水煤降低发热量吨煤减少收入５元，储量１０万ｔ计算，减少损失５０万元；节省排水设备检修维护和损耗费用１０万元。因此该排水系统改造工程共计节省９８．３５万元，还给工作面带来了不可估量的安全效益。［２］结语走向回采工作面可以根据工作面具体地质条件采取不同的排水方案或复合排水方案，尽量减少排水难度，提高排水系统的稳定性，不但能够节支降耗，提高效益，还能有效提高工作面的安全水平。参考文献：［１］胡文奇，力宏艳．瞬变电磁法在工作面水文地质勘察中的应用分析［Ｊ］．中州煤炭，２０１２（２）：４６＿４８．葛亮涛，叶贵钧，高洪列．中国煤田水文地质学［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００１．［３］崔笃封，郭振桥．不稳定煤层底板承压水综合探查与防治技术［Ｊ］．中州煤炭．２０１２（２）：４６－４８．［４］柯妍，曾勇．新安矿二．煤底板突水性评价及防治建议［Ｊ］．煤炭技术，２００７．２（１１）：６２＿６５．（责任编辑：梁郁鑫）・】９・万方数据大采高短壁工作面超前支承压力分布规律研究
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刘晓珂， 周治元， 王建卫， Liu Xiaoke， Zhou Zhiyuan， Wang Jianwei洛阳义安矿业公司,河南新安,471800中州煤炭
Zhongzhou Coal2014(12)
引用本文格式：刘晓珂.周治元.王建卫.Liu Xiaoke.Zhou Zhiyuan.Wang Jianwei 大采高短壁工作面超前支承压力分布规律研究[期刊论文]-中州煤炭 2014(12)
