某矿1604综放工作面合理长度模拟分析

陶俊卿

(山西汾西矿业集团南关煤业有限责任公司)

1 工作面概况

某矿1604工作面上部为1602采空区，东以服务公司小井6#勘探线为界，南部为未开采的实体煤层，下部为17#煤层，地面为相对高差不大的丘陵地貌，地面无任何建筑物，工作面地面标高1 230 m，井下标高1 080 m。该工作面走向长1 764 m，倾斜长312 m，工作面走向N20°E，倾向SE110°。该工作面开采煤层为16#煤层，煤层厚度8～11 m，平均厚度8.5 m，结构复杂，原煤灰分为20%～27%，含硫2.5%，为富硫煤。该工作面顶板为砂质泥岩，厚度约5 m，在其上部为15#煤层，煤层厚度为0.75 m，局部地段与14#煤层合并，顶板为石灰岩。

2 数值模拟

2.1 方案设计

考虑到工作面长度对片帮和冒顶的影响，本研究中选取工作面倾向长度分别为150，200，250，300，350，400 m 6种工况(对应的模拟方案编号分别为Ⅰ～Ⅵ)进行FLAC3D数值模拟分析，工作面相关参数见表1。

表1 工作面模拟参数赋值

为进一步分析不同方案对应的工作面超前支承压力、工作面中部支承压力以及端头附近超前支承压力的分布特征，分别从工作面端头到工作面中心线等比例选取了4个测点(编号分别为A、B、C、D)，以工作面端头为原点，测点分布如表2所示。

表2 工作面长度方案及测点布置

模型建好、压实后，在工作面推进方向后留50 m 厚煤柱，开始底层开挖，开挖高度设置为2.5 m，放煤高度设置为6 m，开挖宽度与各方案工作面长度一致，其中，实际工作面所选取的基本支架型号为ZF6800/18/35，控顶距为4.95～5.55 m，本研究模拟控顶距取5.0 m[1-4]。

2.2 试验结果分析

2.2.1 工作面超前支承压力

分析图1可知：①随着工作面长度的变化，工作面前方支承压力峰值呈现出向煤体深度迁移的规律，前移范围较小，峰值分布于煤壁前方7～11 m处，工作面长度大于250 m后，工作面前方支承应力峰值位于煤壁前方10～11 m处，支承应力变化趋于缓和；②工作面越长，工作面中部前方支承压力峰值越大，工作面长度大于300 m后，支承压力的变化趋势不明显；③工作面中部前方支承压力最大，支承压力大小由中部向端头方向依次递减；④工作面端头煤体前方的支承压力随工作面长度的改变，变化趋势不明显[5-7]。

图1 工作面超前支承压力曲线

2.2.2 工作面中部中心线附近超前支承压力

分析图2可知：当工作面长度为150 m时，超前支承压力峰值出现在煤壁前方7.5 m处；当工作面长度增加至200 m时，峰值出现于煤壁前方9.0 m处，支承压力峰值也略有增加，说明煤体的塑性破坏范围加大，破坏强度也增加，顶煤破碎程度可能增大；当工作面长度进一步增大后，超前支承压力峰值点位置和峰值基本不再变化，超前支承压力基本保持在25 MPa以下。

图2 工作面中心线附近超前支承压力分布曲线

2.2.3 工作面端头附近超前支承压力

由图3可知：当工作面长度为150 m时，支承压力峰值均出现于煤壁前方约5.5 m处，压力峰值略有增加，说明煤体的塑性破坏范围改变不大；当工作面长度进一步增加后，超前支承压力峰值点位置和峰值基本不再变化；工作面端头前3～15 m内的煤体压力较大，需要增加超前支护；在工作面前方15～50 m内，随着工作面长度的增加，煤壁前方支承压力略有增大，但整体值不大，对工作面安全开采的影响较小。

3 结 论

(1)当1604工作面长度大于250 m后，前方支承压力变化趋于缓和，对顶煤的破碎效果趋于一致，出于顶煤破碎充分的考虑，建议工作面倾向长度设计为250～400 m，有利于提高顶煤的回收率。

图3 工作面端头附近前方支承压力曲线

(2)1604工作面端头超前支承压力峰值出现于煤壁前方5～10 m处，两顺槽超前支护距离应控制在0～20 m，既能保证安全，又可合理满足生产要求。

(3)1604工作面长度大于200 m后，前方支承压力出现增大趋势，为确保安全生产，工作面液压支架需要及时补液，确保支架的工作面阻力。应加强日常检修工作，一旦发现有漏液现象，应及时修理。确保液压泵站压力及乳化液浓度符合《煤矿安全规程》要求。