综采工作面数值模拟和矿压监测

摘要：本文根据塔矿的覆岩结构特点及地质条件，对工作面和回采巷道进行了数值模拟，总结出工作面回采过程中围岩应力与变形的分布特征。通过对该工作面矿压的监测，掌握了工作面矿压显现的规律保证工作面的安全高效开采。
关键词：综采工作面数值模拟矿压监测矿压显现规律
1、引言
本煤矿属于浅埋煤层。浅埋煤层埋藏浅，上覆的岩层不易控制，矿压显现规律不明显，国内现有的关于浅埋煤层围岩活动和矿压显现规律的研究还待深入和提高。

2、地质情况

塔矿的综采工作面为一水平的辅助水平。煤层的厚度为4.10～4.68m，煤层结构简单，煤层倾角为1～3°，该面煤层沉积较稳定，煤层倾角近似水平。煤层老顶为沙质泥岩，厚度为10～19.02m，是灰泥沙质结构，块状构造，成分以泥质矿物质为主。直接顶为砂岩，厚度为5.05～10.17m，灰白中粒沙质结构，块状构造。直接底为沙质泥岩，厚度为5.61～15.54m，灰色泥质结构，块状构造，水平层理发育。

3、综采工作面开采数值计算

3.1 计算方案

利用FLAC2D对该煤矿的浅埋工作面进行数值模拟，工作面走向模型范围为1500 m×83.5 m，共有49634个单元网格，50100个节点。模型水平方向每隔0.1m划分一个网格，竖直方向每隔1m划分一个网格。顶板布置6根锚杆，长度2.2m，间距0.9m，无锚索；两帮各3根锚杆，长度1.8m，间距1.2m，无锚索。巷道宽度3.5m，高度5m。对模型的左右边界施加水平约束，对底部边界施以固定，即模型边界的水平位移、垂直位移均为零，而模型的顶部为自由边界，不给模型的上部施加载荷，而给水平方向施以3 MPa的等效应力。

3.2 数值模拟的结果分析

(1)工作面顺槽围岩活动规律；对工作面回采巷道进行了数值计算，结果如图1～4所示。在锚杆支护下工作面的两巷得到了良好的控制，可以确定现在的锚杆支护方案是可行的。
图1运输顺槽垂直方向应力云图图2 回风顺槽垂直方向应力云图
图3 运输顺槽水平方向应力云图图4 回风顺槽水平方向应力云图
(2)工作面回采时围岩数值模拟；随着工作面的推进，工作面围岩应力不断地发生变化，变化情况见图5～8所示：随工作面的继续向前地推进，上覆岩层形成的冒落区域逐渐向上部岩层扩展，当工作面推进至50m后，该区域范围稳定下来，冒落高度约20m，冒落并未发展至地表。
图5工作面推进10m时垂直方向应力分布云图图6 工作面推进15m时垂直方向应力分布云图
图7工作面推进50m时垂直方向应力分布云图8工作面推进70m时垂直方向应力分布云图

4、综采工作面矿压监测

4.1 矿压监测方案

对综采工作面液压支架及工作面顺槽超前支柱的支护阻力进行监测，从回采初日起共收集134天的1206组液压支架压力数据及586组单体支柱压力数据。选取工作面从270.5m到36

7.7 m时上下顺槽距离工作面同一距离单体的记录数据进行分析。

4.2 工作面矿压监测结果

部分检测结果分析如图9～10所示。在观测过程中，发现有个别支架不接顶，临架压力过大的现象。
图9综采工作面在326.5m时压力曲线图图10工作面70#液压支架在270.5m到36

7.7m时压力曲线图

5、结语
(1)通过数值模拟结果分析该煤矿工作面的两巷在锚杆的支护下，锚杆群形成了组合拱共同支承围岩，在浅埋深的条件下，巷道支护较容易，围岩容易控制。数值模拟锚杆支护方案即为推荐支护方案。(2)工作面推进过程中，随着推进应力逐渐增大，工作面

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推进前30m时，应力为2～3 MPa，当推进30m后，最大应力区域稳定，达到4～5 MPa。(3)采用理论分析和计算机数值模拟相结合的研究方法，可以确定工作面的初步来压步距为18m，在工作面初次来压的时候，能适应顶板压力的实际情况。在周期来压步距为11.2m的时候。出现个别支架不接顶的现象，此时临架压力过大，希望在今后的工作中应引起高度的重视。(4)由矿压监测结果，可知工作面的支架有效地控制了顶板的变形，给安全生产提供了足够空间。
参考文献
黄庆享.浅埋煤层高产工作面矿压分析[J].矿山压力与顶板管理,1999.
李正昌.浅埋综采面矿压显现及其控制.矿山压力与顶板管理,2001.1.
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