大倾角综放工作面过构造带技术措施研究

2019-07-15靳彦伟

山东煤炭科技 2019年6期

靳彦伟

（山西省长治经坊煤业有限公司，山西长治 047100）

1 工程概况

山西长治经坊煤业煤矿3-807工作面外段顺槽设计可采长度318m，切眼200m，工作面煤层倾角达16°，采用综采放顶煤开采。回采至17.7m时，82架至90架煤壁上部出现矸石，厚度70cm，揭露S2向斜构造；回采至31.7m时，工作面机尾揭露F8-29正断层，落差3m；回采至69.8m时，机尾揭露F8-28正断层，落差1m。回采至该构造段时，工作面岩层逐渐增厚，甚至出现全断面矸石，随着工作面推进，构造不断向机头方向延伸。

2 数值模拟分析

为了保证工作面顺利通过复合地质构造，采用FLAC3D数值模拟软件对大倾角工作面过复合地质构造的岩层力学性质、工作面支撑压力分部范围以及顶板的破坏特性等进行研究。

2.1 模型建立

模型建立根据工作面的煤岩层力学特性，如表1。设置模型的长度为318m，宽度200m，高度80m，模型划分299200个单元，累计412620节点，由下至上依次为底板、煤层、直接顶、上覆岩层。

表1 煤岩层力学特性表

2.2 模拟过程及结果

工作面自切眼处正常推进时，随着开采距离的增加，可发现工作面垂直应力随着发生改变。如图1所示为垂直应力变化图。

图1 垂直应力随工作面推进变化曲线

由图1可看出，随着工作面的推进垂直应力的峰值变大，且应力集中的区域逐渐靠近煤壁，煤壁支护的难度将随之增大。

工作面继续推进过程揭露正断层和向斜构造时，工作面由俯斜开采转为仰斜开采，由于构造的影响，工作面应力集中现象比较明显，垂直应力增大，造成顶板破碎程度增加，且影响范围增大，如图2所示。

图2 工作面过复合构造垂直应力变化图

工作面推进过程，由于垂直应力的增加，应力集中现象比较明显，顶板的塑性破坏也加剧，塑性破坏的范围变大，如图3所示。由图3可看出，顶板周期来压步距为10m，随着采煤工作面的推进，煤壁由于应力集中发生塑性破坏程度加强，直接顶发生冒落的情况会更加严重。

3 过构造带的技术措施

3.1 工作面调斜开采

由于工作面过向斜构造时煤层及顶板下切角度较大，工作面刮板输送机容易呈“锅底状”，造成原煤运输困难增大；同时，由于运输顺槽煤层先上升后下降，回风顺槽煤层先下降后上升趋势，因此，采用调斜回采方式。工作面机头至40架进行俯采、中部进行平角度回采、机尾段（110～136架）进行仰采，尽量垫平前刮板输送机，向斜轴部最低处适当挑顶提车，尽可能减小工作面与构造带夹角，缓解工作面下切角度，降低刮板输送机运输困难，减小工作面回采难度。

图3 工作面过复合地质构造塑性变形分布变化情况

3.2 合理调整采煤机割煤和移架循环作业

过向斜及断层构造带期间，构造区内工作面将会出现坚硬的矸石，有些矸石尺寸比较大，甚至是全断面矸石，此时应及时调整采煤机采高和推进速度，改变移架方式。一是采煤机放慢截割速度，与移加速度相匹配，顶板破碎段，采取跟机移架，正常段，移架滞后机组滚筒不得小于15m；二是在矸石硬度较软的情况下，采用留顶割底，构造段岩石坚硬时，采用爆破松动后截割，尽量减少打眼、爆破工作量，构造区域内合理控制好采高，保证构造区平稳过渡；三是严格执行“少降快移”移架原则，坚持带压擦顶移架，升柱时调整前后立柱，使顶梁与顶板严密接触，确保支架初撑力达标；移架时，严格按照从两侧向中间移架的顺序进行，边移架边向机头机尾调架。

3.3 强化刮板输送机管理

过向斜及断层构造期间，根据工作面变长情况，及时掐接刮板输送机中部槽，并调整好两端头推进度，控制输送机位置，保证输送机长度满足采煤机割煤及运输机与转载机搭接需求，确保采煤机能顺利割透两端头。同时，加强后刮板输送机的管理和清理工作，每班安排专人认真清理验收，现场交接。推拉输送机时，严格按照顺序进行，防止后部输送机溜槽出现错茬以及工作面向斜轴部滞后，造成支架挤架、咬架。