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“两软一硬”不稳定煤层综放开采技术研究与应用.pdf
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1、第46 卷第8 期2023年8 月采矿与井巷工程“两软一硬”不稳定煤层综放开采技术研究与应用煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.8Aug.2023滑怀田1,张博2(1.山西工程技术学院,山西阳泉0 450 0 0;2.河南永锦能源有限公司,河南禹州46 16 7 0)摘要:为研究综放开采技术在“两软一硬”不稳定煤层中的适用性,以云煤二矿为例,对其开采后上覆岩层的移动规律和采场围岩应力分布规律进行数值模拟,并对采场液压支架工作阻力和回采巷道超前支护压力进行监测,数值模拟结果与矿压观测数据一致,老顶周期来压明显,来压步距17 2 0 m,超前支承压力影
2、响范围0 3 9m。综放开采技术在“两软一硬”不稳定煤层中安全高效实施产生了显著的经济效益和社会效益,对其它类似条件下“两软一硬”不稳定煤层的机械化与智能化开采具有参考价值。关键词:“两软一硬”不稳定煤层;综放开采;数值模拟;矿压显现规律中图分类号:TD323Research and application of comprehensive caving minetechnology intwo soft and one hardunstable coal seamsHua Huaitian,Zhang Bo?(1.Shanxi Institute of Technology,Yangquan
3、 045000,China,2.Henan Yongjin Energy Co.,Ltd.,Yuzhou 461670,China)Abstract:In order to study the applicability of comprehensive caving mine technology in two soft and one hard unstablecoal seams,Yunmei No.2 Mine was taken as an example,numerical simulation was conducted on the movement law of theove
4、rlying strata and the stress distribution law of the surrounding rock in the stope after mining,and the working resistanceof the hydraulic support in the stope and the advance support pressure of the mining roadway were monitored.Thenumerical simulation results were consistent with the observation d
5、ata of the mine pressure,indicating that the periodicweighting of the main roof was significant,with a weighting step distance of about 17 20 m,The influence range ofadvanced bearing pressure was O 39 m.The safe and efficient implementation of comprehensive mining technology intwo soft and one hard
6、unstable coal seams had produced significant economic and social benefits.Key words:two soft and one hard unstable coal seam;comprehensive caving mine;numerical simulation;mine pressurebehavior文献标识码:B文章编号:2 0 9 5-59 7 9(2 0 2 3)0 8-0 0 10-0 5“两软一硬”不稳定煤层是指煤层软,底板也较软,而顶板相对较硬的厚度不稳定煤层。近年来,我国综放开采技术取得了很大进步
7、,在地质采矿条件较好的情况下,实现安全高效开采。但在“两软一硬”不稳定煤层中实施综放开采,煤壁片帮,支架钻底,资源回收率偏低,影响正常生产1-。目前国内外对这类煤层的综放开采技术研究较少,需要就“两软一硬”煤层综放开采过程中遇到的围岩力学性质、矿山压力及显现规律、底板比压、支护技术、煤壁片帮等问题进行研究和应用。通过对这些问题进行深入研究,充分发挥综放开采技术的优势,提高矿井的经济效益。1概况云煤二矿主要开采二1煤层,不易自燃,有煤尘爆炸危险,井田内水文地质条件简单,属低瓦斯责任编辑:任伟1D0I:10.19286/ki.cci.2023.08.003作者简介:滑怀田(198 7 一),男,河
8、北邢台人,讲师。引用格式:滑怀田,张博。“两软一硬”不稳定煤层综放开采技术研究与应用J.煤炭与化工,2 0 2 3,46(8):10-14.10滑怀田等:“两软一硬”不稳定煤层综放开采技术研究与应用矿井。2 2 2 0 2 工作面位于+6 0 m水平2 2 采区东翼,东部为井田边界,西部为运输下山,上部为采空区,下部是实体煤。工作面煤层底板等高线范围为+112+150m,倾角10 14,平均12,煤层裂隙发育,厚度不稳定,平均厚度4.56 m,开采深度6 10 m左右,平均走向长度997 m左右,倾向长度18 2 m,设计可采储量10 7.7 万t。顶板岩性坚硬,岩性为中粒砂岩和细粒砂岩,底板
9、为砂质设备名称单位总功率kW数量采煤机MG160/375-W刮板输送机SGZ-630/2 160端头支架ZFG3400/17/27放顶煤支架ZF3000/16/26转载机SZZ-630/90胶带输送机机SSJ-800/2 40移动变电站KGBZY-630/10组合开关QBZ-6 200喷雾泵BZW125/16乳化泵站WRB-200/31.5通讯控制系统KTC92数值模拟UDEC3.0是目前模拟岩层破断移动过程较为理想的数值模拟软件。依据2 2 2 0 2 工作面实际开采情况,通过数值模拟研究来探讨上覆岩层的运动特征以及采场围岩的应力分布特征。2.1楼数值模拟模型的建立在模型建立过程中,垂直方向
10、,煤层向上设定为53 m,煤层向下设定为3 1.2 m;水平方向,宽度设定为150 m。为了更好的模拟实际情况,将上部边界设定为应力边界,并将其均布载荷设定为5.734MPa,将下部、左侧和右侧边界设定为位移边界。模型的初始应力场根据经验确定,垂直应力大小按qgh计算,水平应力按侧压系数入=0.5计算。岩石力学参数见表2。未开采状态下的模型如图1所示。表2 各岩层力学参数Table2 Mechanical parameters of each rock layer岩性体积模量剪切模量内摩擦角密度粘聚力/Pa/Pa细砂岩2.1E+072.05E+07中粒砂岩2.37E+072.6E+07煤1.0
11、42E+071.12E+07砂质泥岩5.33E+062.18E+07石灰岩3.53E+072.16E+072023年第8 期泥岩。工作面沿倾向布置、沿走向开采,由东向西后退式推进,采用综合机械化放顶煤采煤工艺,采空区不充填。工作面布置3 条回采巷道,采用工字钢对棚支护,轨道顺槽长98 5m,回风副巷长97 4m,运输顺槽长10 2 0 m,平均走向长度为997 m,倾斜长18 2 m。工作面设备布置见表1。表1工作面设备布置Tablel Equipment layout of the working face规格型号台部台台部部台台台台台/(kgm)36.12.673452.643311450
12、342.77535.52.735使用地点37513202411590116022237212521细砂岩中粒砂岩煤砂质泥岩石灰岩2.2数值模拟结果分析根据现场实际情况,考虑建模方便,此次开采采高按5m计算。工作面顶板冒落特征如图2 所示,工作面上覆岩层垂直应力分布如图3 所示。4234/Pa303.831E+074.76E+072.539E+071.73E+074.858E+07备注22202综采面22202综采面22202综采面22202综采面采面运输顺槽采面运输顺槽采面回风副巷采面回风副巷采面回风副巷两泵一箱采面回风副巷两泵一箱采面回风副巷150图 1 UDEC 模型图Fig.1 UDEC
13、 model开切眼节工作闻2026(a)工作面推进10 m时长18 2 m1 100 m30343842水平方向距离/m112023年第8 期煤炭与化工8R8898805045第46 卷01020.30.40,50.60.70 8090水平方向距离/m(c)工作面推进3 5m时25图3 工作面推进不同距离时上覆岩层垂直应力分布20Fig.3 Vertical stress distribution of overlying strata when the2732,3742475257working face advances at different distances水平方向距离/m数值模拟
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