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大采高综采转综放开采实践研究

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：李宏权

[导读] 摘要：为解决我矿回采62225大采高综采工作面时，出现片帮、冒顶严重，工作面难以安全高效回采等问题。

        龙煤鹤岗矿业公司富力煤矿综采二队黑龙江鹤岗市 154103
        摘要：为解决我矿回采62225大采高综采工作面时，出现片帮、冒顶严重，工作面难以安全高效回采等问题。采用理论分析、现场实测和F1AC3D数值模拟的方法，对22煤层采用综放和综采2种采煤方法进行了技术论证，研究结果表明：相对大采高综采，综放开采可减少片帮深度42％；综放开采顶板下沉量是综采的23％～47％；综放开采最大应力集中系数(2．6)略小于综采(2．7)。42103工作面实行综放开采，实践表明：综放工作面煤壁片帮和冒顶明显减轻，但顶板下沉虽较大；工作面采压时，顶板压力较大；综放开采顶板控制效果好于综采，略显不佳。为改善综放工作面顶板控制效果，提高支架额定工作阻力，综放工作面顶板控制效果达到生产要求。
        关键词：大采高综采；综放；矿山压力
        在厚及特厚煤层条件下实现安全、高效、高采出率开采对我国煤炭工业的发展及国家能源安全具有重要意义。目前，我矿厚煤层开采技术主要有分层开采、一次采全高大采高综采和综放开采。综放开采由于其安全高效等巨大优越性，我矿厚煤层开采基本上都首选放顶煤开采工艺』。综放开采已成为我国厚煤层矿井实现安全高效开采的主要途径。煤层截割高度2．8m～5．5m、采放高度14m～20m特厚煤层综放开采技术近年来得到了越来越多的关注。现已开采62225大采高综采工作面，开采过程中存在实际生产采高达不到设计采高；工作面顶板压力大，煤壁片帮严重；顶板来压时支架工作阻力远远超出支架的额定工作阻力等问题。因此，必须寻求22煤层综放开采可行性。
        1 42煤层概况
        (1)煤层厚度0．87m～7．32m，平均3．78m。分叉区平均厚度2．28m；合并区平均厚度5．90m。煤层结构简单，层位稳定，对比可靠。
        (2)顶板为厚度8．2m～35m的砂质泥岩，底板为厚度8．2m的砂质泥岩。
        (3)煤层自燃倾向等级为自燃煤层，自然发火期为3～6个月。煤层中瓦斯含低，属于瓦斯风化带。
        2大采高综采安全隐患及回采工艺
        2.1大采高综采安全隐患
        (1)煤壁片帮、顶板冒落。1二作面片帮值较大，在494mm～1937mm，最大在2000mm以上。工作面经常发生冒顶，最大冒顶高度达4000ram。
        (2)瓦斯隐患。62225工作面绝对瓦斯涌出为7．1ITI／rain，采空区最大瓦斯涌出量为2．63m／min，采空区瓦斯涌出蜃在工作面瓦斯涌出总聚所占的比例为37％。
        2.2回采工艺存在的主要问题
        (1)实际生产采高达不到设计采高。62225工作面平均煤层厚度6.7m，设计采高为6.1m，但回采过程中，实测采高约为5.16m。
        (2)不能及时维护好顶煤，容易产生架前漏矸，顶煤提前冒落，导致支架顶梁接顶不实。
        (3)顶板来压时工作阻力较大，远远超出了支架的额定工作阻力(10800kN)。
        3 42煤综放开采可行性分析
        3.1综采和综放工作面矿压显现的FLAC3D数值模拟
        3.1.1模型构建
        分别进行5个综放和综采不同开采模型的模拟。

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        (1)火采高一次采全厚(采高6m)；
        (2)大采高一次采全厚(采高5m，留lm顶煤)；
        (3)综采放顶煤(采高4m，放煤高度2m)；
        (4)综采放顶煤(采高3．5m，放煤高度2．5m)；
        (5)综采放顶煤(采高3m，放煤高度3m)
        3.1.2计算结果分析
        3.1.2.1煤壁片帮情况。开挖前100m，各模型煤壁片帮值增长幅度缓慢放顶煤工作面由于采高较小(≤4m)，其片帮值为大采高综采工作面的40％～65％。开挖到200m，各模型片帮值均显著增大。开挖到300m后，煤壁片帮基本趋于稳定。3种不同采高的放顶煤工作面片帮值由约2mm突变至500mm-7mm。放顶煤大采高推进距离3m3．5m4m5m6m开挖100m，开挖200m，开挖3m开挖350m
        3.1.2.2煤壁顶角处顶板位移分析各模型煤壁顶角处顶板位移。无论选用何种采煤方法，采高和割煤高度越小，顶板垂直方向的位移量就越小，即顶板下沉量越小，工作面顶板的控制就越容易。综放工作面垂直位移约为综采工作面的25％一5O％。
        3.1.2.3超前支承压力分析，L为应力峰值距煤壁的距离，J2为应力的超前影响范围。
        (1)应力峰值距煤壁距离L1和应力集中系数k袭3大采离与练放应力．_I值距煤壁距离统计(ml放顶煤大采高推进距离3m、3．5m、4m、5m、6m。煤壁距离和应力集中系数的统计情况。由表可知，大采高综采应力峰值距煤壁较近，范围L=5～12m，应力集中系数k约为2．7。综放开采应力峰值距煤壁稍远，范围L=9—18m，应力集中系数略小，k约为2．6。
        (2)超前应力影响范围L2
        工作面支承压力分布形态基本相似，为峰值在煤壁前方一定距离的单峰值分布形态，综采超前应力影响范围L2约为130m，综放超前应力影响范围比综采长6m一10m，约为136m一140m。
        3.2两种采煤方法矿压显现的定量结论
        (1)综放(割煤高度3．5m)片帮量仅为大采高综采(割煤高度5m)的58％左右，即综放可以减少片帮深度42％。
        (2)在顶板控制效果方面，综放开采顶板下沉量是综采的23％～47％。因此，综放开采发生工作面冒顶事故的可能性较小。
        (3)综放和综采相比，在开采煤层厚度几乎相同的情况下，工作面的支承压力分布形态均为峰值在煤壁前方的单峰应力分布，两者基本相似。综放开采应力集中系数(2．6)略小于大采高综采(2．7)，超前影响范围比综采略大(6一tom)。因此，相对大采高综采而言，综放开采对巷道变形量和破坏程度的降低作用不明显。
        4综放开采实践
        42103工作面实行综放开采，使用ZY125／25／39D型放顶煤支架，额定工作阻力125kN。直接顶初次垮落期间未出现矿压异常现象，顶板控制良好。基本顶初次来压期间，53#～103#支架安全阀全部开启，工作面煤壁片帮严重，支架活柱下沉量大可达600mm一8mm。周期来压期间煤壁片帮严重，支架经常出现台阶下沉现象，尤其是中部支架下沉量大，活柱下沉量严重，最大下沉量9mm，顶板控制效果不佳。为改善综放工作面顶板控制效果，新开42104综放面进行了支架选型，将支架额定工作阻力由1250okN提高至18000kN，综放工作面顶板控制效果明显转好。
        结束语：
        42煤层一盘区大采高综采工作面开采过程中存在工作面矿压显现剧烈，煤壁片帮和顶板冒落严重，煤炭损失量大等突出问题。对综放开采工作面矿压显现进行FLAC3D数值模拟研究，结果表明综放较大采高综采控顶效果优越，42煤层适合放顶煤开采。62225综放面将支架额定工作阻力由l2500kN提高至18000kN，综放工作面顶板控制效果明显转好。
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