31201综放工作面矿压显现规律及支架适应性研究

发布时间：2020-07-07 09:13

【摘要】：寸草塔二矿31201工作面位于31煤二盘区,煤层厚度3.4～7.2m,平均6.31 m,煤层倾角1～5°,属近水平煤层范畴,地质储量约为6.3Mt,可采储量约为6.03 Mt,2015年9月初安装、回采,回采期13.5个月。目前随着矿山机械设备的不断发展,对厚煤层开采多采用大采高一次采全厚,但大采高开采存在煤壁片帮严重、飞矸、支架稳定性差、矿压显现剧烈等问题,不适应于该工作面生产,且煤层硬度较低、裂隙发育,为不稳定煤层,不宜采用分层开采。综合考虑后决定采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤法。本文以寸草塔二矿31201工作面为工程背景,通过理论分析、物理相似模拟试验、数值模拟和现场矿压数据分析等研究方法,对该工作面上覆岩层运移、采场应力分布和支架适应性等问题进行系统分析,并提出具体的解决措施。物理相似模型试验得出平均周期来压步距21.3m,周期来压存在强弱交替的“大小周期来压”现象,模拟采放比为1:0.83,来压时支架阻力平均动载系数为1.18,相比普通综采或大采高工作面要小。垂直应力分布以采空区为中心,基本顶及模型底部为应力释放区,前后煤壁为应力增高区。在采空区位置形成周期性应力释放,平均步距为20 m,对应顶板周期性塑性破坏。现场观测基本顶周期来压步距在19～22 m范围间,选用郑煤机生产的ZFY18000/25/39D型掩护式液压支架作为工作面支架,该型支架工作阻力为18000 KN,满足支护载荷要求;支撑高度在2500～3900 mm,满足支撑高度要求。寸草塔二矿31201工作面属近水平中厚煤层开采,对该工作面矿压显现规律进行系统研究,对认识综放采场覆岩的移动规律、围岩支承压力分布规律及确定工作面支架型号及工作阻力、为支架选型设计提供科学合理的依据,使得工作面投资经济合理,对类似地质条件煤层开采,提供理论借鉴。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD323
【图文】：

基本顶,垮落角,顶煤,垮落

架、升架等过程，该型号支架同时可监测工作面顶板压力。初次来压后，每移两次架放一次顶煤，工作面共计推进距离 185 m，共计发生来压现象。实验期间基本顶初次来压与周期来压现象如图（3.1~3.7）所示。工作面推进至 65 m 时，顶板发生初次垮落，左侧垮落角 46°，右侧垮落角 37发育高度为 23 m，顶板悬顶距离为 37 m。顶煤放出前，垮落矸石有序排列在

基本顶,周期来压,岩块,矿压规律

3 综放工作面覆岩运移及矿压规律模拟研究上，断裂岩块之间相互铰接，形成短砌体梁结构，采空区中部左侧断裂岩块发生正转，右侧岩块发生反向回转。关键层与其下部断裂岩层形成弓形离层裂隙，最大裂度为 6.7 m。当移动支架顶煤放出后，顶板垮落范围进一步向工作面前方扩展，但垮落状态与之前区别不大。

基本顶,周期来压,第二次

（a）（b）图 3.2 基本顶第一次周期来压Fig.3.2 The first periodic weighting of main roof工作面推进至 78 m 时，上覆岩层再次出现大范围移动，左侧垮落角保持不变，垮落角降低至 33°。覆岩断裂带进一步向上位扩展，初次来压时形成的空顶区域压合，在其上方越 20 m 位置形成新的空顶区域，顶板悬空长度有所减小，由 37 m 降 26 m。新的周期性断裂形成近似平行四边形断裂岩块排列，与之前断裂岩体形成明界线，表明顶板垮落存在明显周期性现象。当上一次顶板垮落上覆岩体稳定后，随面推进，围岩应力平衡再次被打破，重新出现应力转移与再分配，工作面前方煤岩在超前支承压力作用下开始集聚弹性变形能，当达到其破断要求的强度极限时，由上发生骨牌式垮落现象，即发生周期来压。顶煤放出后，进一步加剧顶板垮落，垮围在纵向和横向都有所扩展。在顶煤放出环节上覆岩层容易形成动载荷，极易造成等事故发生，要加强该过程的顶板载荷监测和支架管理工作。

【参考文献】