综放工作面采高对矿压显现的影响

闫志青

（大同煤矿集团云冈矿，山西大同037003）

综放工作面采高对矿压显现的影响

闫志青

（大同煤矿集团云冈矿，山西大同037003）

以潞安集团屯留矿S2202工作面地质条件为背景，通过数值模拟对工作面采高与矿压显现的相互影响关系进行分析研究，同时分析了采高对3#煤层的适应性。结果表明：随着采高的增加，煤壁破坏不断加重，煤壁易失稳的范围也不断增大。对于屯留矿而言，开采3#煤层，采高不应该超过4.0 m，考虑一定的安全系数，屯留矿采高取3.5 m为宜。此结论为类似条件下工作面开采过程中矿压研究提供了技术及理论参考。

综放工作面；数值模拟；采高；矿压显现

潞安集团屯留矿S2202工作面为准大采高综放开采工作面，工作面开采3#煤层，煤层厚度为5.34～7.25 m，平均6.24 m；煤层倾角为0～14°。工作面直接顶为2.43 m厚的泥岩，老顶为2.67 m厚的中砂岩，直接底为0.64 m厚的砂质泥岩。煤层平均瓦斯含量为9.7 m3/t，属高瓦斯矿井。煤尘具有爆炸危险性，无自燃发火倾向。该工作面总体上为向南倾斜的单斜构造，最大涌水量为156 m3/h。

综放工作面随着采高的增加，其通风断面也随着增大，同时工作面风阻随着降低，工作面的放煤时间也随着缩短，提高了工作面的回收率，除此之外，当采高增加时，工作面支架后部放煤空间增大，因此，该位置的通风断面也变大，可以达到稀释放煤口附近瓦斯的目的。但采高的增大必然会对工作面矿压显现规律产生影响，因此有必要研究采高增加后对矿压显现的影响，并分析其对屯留矿3#煤层的适应性。

1 数值模型的建立

综放工作面采高的增加对影响工作面煤壁的稳定性最大。本文运用FLAC3D数值软件，以潞安集团屯留矿S2202工作面地质参数为参考，模拟了综放工作面不同采高情况下工作面片帮情况，所建数值模型见图1。

图1 煤壁片帮模拟数值模型图

2 数值模拟结果及分析

不同采高条件下煤壁的最大水平位移与工作面推进距离的变化曲线见图2。

通过对图2所示曲线的分析可知，相应地质条件下，当综放工作面推进距离<40 m期间，工作面采高越大，其煤壁的水平位移也随之变大且变化幅度较为明显，此期间工作面煤壁的最大水平位移与采高存在简单的线性关系。

当综放工作面推进距离＞40 m后，采高选择2.5～4.0 m时，工作面不断向前推进的过程中，采高的不断变化对煤壁水平位移的影响力较弱；但当采高选择4.5 m和5.0 m时，随着采高的不断变化，其对煤壁最大水平位移变化的影响力仍然不大；当采高选在4.0 m和4.5 m时，采高的变化对工作面煤壁最大水平位移变化的影响却较为明显；当综放工作面推进距离≥100 m后，对曲线进行定量分析可知，采高选4.0 m时，工作面煤壁水平位移约为419 mm；然而当采高选4.5 m时，工作面煤壁最大水平位移可以达到495 mm。比起采高为4.0 m的分析结果，4.5 m采高增幅约为18.1%。综合以上分析结果可以给出判断，对于屯留矿3#煤层的地质条件来说，开采高度应选择＜4.0 m，这样的采高能够保证煤壁的稳定性，最终达到安全生产的目的。

综放工作面推进至不同位置下，其煤壁的水平位移随着采高不同而表现出的变化曲线见图3，由图3分析结果可得出：综放工作面在不同的推进位置时，随着采高的增大，工作面煤壁的水平位移也在不断增加，且增大比例基本相当，当采高增大至一定数据时，煤壁水平位移开始趋于稳定，此时采高的增大对工作面煤壁稳定性影响不大。

图3 煤壁最大水平位移与采高关系曲线图

综上分析，从煤壁最大水平位移这一角度可以推断得出，屯留矿3#煤层采煤机采高不宜超过4.0 m，而在4.0 m以下，煤壁最大水平位移受采高变化影响较小。

另外，还对不同采高（2.5 m、3.0 m、3.5 m、4 m、4.5 m与5.0 m）条件下，随工作面推进，煤壁的屈服破坏图进行了分析，研究其煤壁的破坏状态。通过对数值模拟的屈服破坏图分析可知：在采高为2.5 m条件下，煤壁破坏不严重，此时煤壁仅受剪切应力，即发生的是剪切破坏，因此，工作面片帮及冒顶等问题也不明显，同时，支架上方的顶板发生的破坏也是由剪切应力造成的，没有明显深入煤壁内部的拉伸破坏，故此采高条件下，工作面围岩稳定性保持得较好，支架前方也不会出现顶板冒落等问题。在采高为3.0 m条件下，煤壁发生的破坏也主要是剪切破坏，而顶板破坏程度也同样轻微，因此，可以判断此采高条件有利于工作面区域围岩稳定。

当采高为3.5 m时，煤壁破坏形式还是以剪切破坏为主，只是在中部位置存在一定的拉伸破坏，同时考虑采高本身较小，煤壁因此发生的片帮问题也不会很严重，同样在顶板位置不存在深入煤壁的拉伸破坏，在支架上方也以剪切破坏为主，由此可以判断，工作面区域围岩稳定性依然可以保持良好状态。

在采高为4.0 m条件下，煤壁破坏程度与采高为3.5 m时相比，并没有发生明显的恶化，顶板破坏程度也基本相近，因此判断，采高加大到4.0 m时，工作面区域围岩稳定性依然良好。在采高为4.5 m条件下，煤壁破坏程度比采高为4.0 m时略有增大，但考虑到采高较大，煤壁破坏影响范围加大，即采高较大使煤壁易失稳区域增大，因此，同样的局部破坏，可能引发的最终破坏后果不同，采高为4.0 m和4.5 m时即是如此。同时与前述相关的煤壁位移结合分析，可以得知，破坏程度较为相似条件下，煤壁水平位移确实变化很大。

在采高为5.0 m条件下，煤壁破坏状况与采高为4.5 m时更为相似，因此可以推断，采高为5.0 m时，煤壁片帮问题较为严重，一旦局部破坏，可能引发大范围的严重破坏。

3 结论

结合上述分析，当采高＜4.0 m时，综放工作面煤壁稳定性较好，不会发生大面积严重的破坏失稳，即使有严重破坏区域其范围也较小，选择较小的采高，煤壁即使失稳其面积也很小；当采高增加，选为4.5 m或5.0 m时，煤壁破坏程度开始增大，同时煤壁容易失稳的范围也随着增大，即在相应地质条件下，综放工作面采高选4.5 m或5.0 m时，煤壁的片帮问题及稳定性会影响到工作面的正常生产，甚至可能会给安全生产带来隐患。

基于上述分析，可以判断，对于屯留矿而言，开采3#煤层，采高不应该超过4.0 m，同时在理论分析基础上考虑一定的安全系数，屯留矿采高取3.5 m为宜。

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The Influence of Fully Mechanized Caving Face Mining Height on Strata Behaviors

Yan zhi-qing

Takes the geological conditions of S2202 working face in Lu'an group Tunliu coal mine as the background，analyzes and studies the affecting relations between mining height and strata behaviors through numerical simulation，at the same time analyzes the adaptation of mining height to No.3 coal seam.The results show that the damage degree and instability scope of coal wall are enlarging with the increase of mining height.For Tunliu coal mine，the mining height of No.3 coal seam can't exceed 4.0 m，and consider a certain safety coefficient，the mining height is 3.5 m.The conclusion can provide technical and theoretical reference for mine pressure study in the process of working face mining on similar conditions.

Fully mechanized caving face；Numerical Simulation；Mining height；Strata behaviors

TD323

B

1672-0652（2014）11-0044-03

2014-09-18

闫志青（1978—），男，山西大同人，2010年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事地质测量工作（E-mail）yanzhiqing1008@126.com