当代化工研究
基础研究
2019
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基于数值模抵法工作面超前支护安全性分析
*张建明
(山西焦煤集团有限责任公司杜儿坪煤矿山西030022)
搞要：煤矿工作面回采过程中，顺槽工作面支护主要受工作面初次来压影响变形，因此，本文通过对煤矿井下回采工作面水文地质资料 收集整理，采用数值建模，对工作面回采顶板出进行分析，进而确定顺槽超前支护安全性进行评价，在此基減上提出支护优化建议。 关键词：工作面回采；数值模拟；超前支护 中图分类号：T
文献标识码：A
Safety Analysis of Advanced Support in Working Face Based on Numerical Simulation
Method
become deformed. Therefore, through collecting and sorting out the hydrogeological data of the workingface and using numerical modeling, this paper analyzes the roof extraction of the working face miming, and then determines the safety of the advance support of the working face for evaluation. On this basis, it puts forward the support optimization suggestions.
Key words z working face mining; numerical simulation-, advanced support
1.工作面概况
⑴地质概况
Abstract: In the process of coal mine working face miming, the crossheading is mainly affected by the initial pressure of the working face and
Zhang Jianming
(Duerping Coal Mine of Shanxi Coking Coal Group Co., Ltd., Shanxi, 030022)
头的切顶支护。靠采空区侧第一排单体支柱与切顶线对齐，
柱距300mm，第二排柱距600mm,排距800mm;柱帽采用400mm 长的小“ k ”梁与单体连接，其长边垂直于工作面。顶板破 碎时，用适合长度的半圆木做梁，单体支柱做腿，架棚支护 顶板。在机头返刀，拉端头支架前，沿推进方向距第二排切 顶支柱800mm处，以600mm的柱距打一排单体支柱，拉出支架 后及时回撤采空区侧第一排密集单体支柱，将端头切顶原第 二排（柱距为600mn)单体支柱按柱距300mm支护成密集，随 工作面的推进循环支护。当机头1#支架到不采帮的距离小于 300mm时，不打切顶支柱。
工作面主采煤层2#煤层，工作面上部地表有季节性河流 南叉洼沟流经工作面地表中部并沿西北方向延伸，最终延伸
出井田北部边界。南部有杜4号钻孔（距62711工作面134m)。 盖山厚度434-708m,平均571m,工作面位于矿界，施工2# 煤，北邻北七盘区边界线，南邻北七2#煤轨道巷，东西为实 体煤（未掘）。工作面走向长度1652m,倾向长度216m,面 积356832m2。工作面区域内地质构造复杂，主要有褶曲，陷
角2° -4°，平均3° ; 62711轨道巷5#前45m为一向斜构造Z4, 小“ II ”梁，其长边平行于工作面；当输送机头1#支架侧护
m时，以适合长度的!i梁一梁两柱支 枢纽走向NW31° ,两翼倾角11° -14°，平均13° ; 62711皮 板边距不采帮大于1200m
m,排距800mm。带巷5#处,62711轨道巷2#前61米为一背斜构造Z5,枢纽走向 护，柱距800m
NW34。，两翼倾角2。-4。，平均3。。当端头顶板破碎时，需顺巷道贴端头支架边和不采帮架
② 陷落柱：62711皮带巷10#点附近将遇1418#陷落柱（设抬棚支护，棚梁下保证一梁两柱。陷
B. 轨道巷的端头支护落柱预计工作面内25X14. 5m),采前坑透异常区钻探验证探
当端头顶板完整时，输送机尾146#支架侧护板边距不采 知2个隐伏陷落柱，隐伏1陷落柱（预计37. 5X22. 5m),隐伏
帮小于2000mm时，切顶线往外800mm起，采用DZ-3. 15m的单 2陷落柱（预计32.5X23m)。
体配合1. 8m长“ n ”梁一梁两柱架棚支护，两单体分别打在 ③ 断层：回采过程中回采至62711皮带巷5#前53m; 62711
距不采帮、146#侧护板200mm处，柱距1600mm (如影响回风 轨道巷4#前108m、2#前60m、1#前78m处预计揭露4条正断层，
落差分别为0.7-1. 〇m、2.0m、0.5m、2.8m、1.0-1. 4m,另外在 巷物料拉运，其间距适宜调整），棚距800mn。回采过程中还可能揭露2-3条隐伏断层。
⑵工作面顺槽支护概况
落柱及断层。
① 褶曲：62711皮带巷19#前21m，62711轨道巷19#前10m ②皮带巷、轨道巷的端头支护
A. 皮带巷的端头支护为一背斜构造Z1，枢纽走向NW67° ,两翼倾角4° _7° ,平均
5° ; 62711皮带巷12#前72m, 62711轨道巷13#前9m为一向斜构 当端头顶板完整时，输送机头1#支架侧护板边距不采
m时，切顶线往外1000mm起，贴不采帮支设一排 造Z2,枢纽走向NW53。，两翼倾角2° -7。，平均4° ; 62711 帮小于1200m
的带帽单体支柱，柱距800mm,柱帽选用400mm长的 轨道巷8#前30米为一背斜构造Z3,枢纽走向NW66° ,两翼倾 DZ-3. 15m
当端头顶板破碎时，在原有支护的基础上加套单体工字
钢棚支护，棚距不大于500mm,保证端头处支护强度。2.数值模拟法在巷道支护优化设计中应用
工作面煤层为2#煤层，煤层厚度稳定，1.50m-2.20m，
①皮带巷的切顶支护
正常支护时，皮带巷沿切顶线打两排密集支柱，作为端
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均厚1.90m,煤层结构简单，煤层倾角2° -14° ,平均7°。 煤种：工作面煤种属瘦煤，内灰较低，有一个陷落柱对煤质 影响不大。但由于煤层薄，回采割底，导致灰分有较大增 髙，硫分在1.00%左右。
表1煤矿2号煤层顶底板情况表
顶底板顶底板名称
岩性
厚度(m)
岩性特征
音灰-灰白色，粒状结构，成分以 老顶«^少岩
0. 00-18.83 长石.石英为主，分选性中等，
8. 26局部含砾，含泥质条带及煤肩，
岩层粒径上细下粗。直接顶泥岩
0. 00 ~ 1. 56
灰黑-黑色，泥质肢结，块状构
0.65
造，质较硬，厚度变化大，局部
尖灭。直接底砂廣泥岩
0. 00-2.43 黑色，含植物茎、叶化石，局部 1. 05夹炭廣泥岩及煤线。灰白-青灰色，成分以石英、长
老底细粒砂岩
2.15-2. 72
石为主，分选中等，泥质肢结，
2. 41
夹泥廣条带，含植物化石，局部
岩层上部颗粒较粗，常相变为中
粒砂岩。
3.数值模拟法在巷道支护优化设计中的应用
采空区顶板来压是工作面顺槽围岩破坏主要原因，对顺 槽超前支护具有重要影响。论文采用mUDEC数值模拟通过对工 作面推进过程6.4，10.4m，14.4m，19. 2m时，工作面初次 来压进行分析，如图3.1〜3. 4。
图3. 2工作面推进9. 6m
图3. 3工作面推进13. 2m
图3. 4工作面推进22. 4m
随着工作面采空区距离加长，采空区上覆岩层位移发 生了明显破坏，破坏长度及范围逐步加大。当采空区长度 6.4m，煤层直接顶发生破坏，范围较小。当采空区长度9. 6m 时，顶板初次垮落，垮落角70°，呈半圆拱式冒落。随着工 作面推进长度加大，上方岩层破坏范围加大。当工作面推进 距离19.2m时，顶板周期来压，顶板破坏高度达10m,破坏范 围涉及到老顶。通过以上分析可知，初次放煤步距应在6.4〜 9. 6m之间，当工作面推进距离19. 2m时，周期来压。顶板来 压期间，加强矿山压力监测，保障皮带及轨道顺槽超前支护 安全。
4.结论
本文以工作面顺槽超前支护设计优化为研究背景，通 过数值模拟法，对顺槽超前支护安全进行优化，得出以下结 论：
(1) 为了防止周期来压时顶板垮落岩石冲入巷道，工 作面支架后方200m范围内采用上部1700mm,下部1700mm的U 型钢可缩支架、3.15m的单体液压支柱、3. 6m的31梁及钢筋 网组成的联合挡矸支护形式；支架后方200m范围外采用U型 钢可缩支架与钢筋网联合护帮。
(2) 为防止漏风现象发生，拟采取在钢筋网靠工作面 侧铺设风筒布，髙度取3.1m，上下各超出15cm,超出部分 分别固定到顶底板，并进行有效封闭。风筒布搭缝处宽度 30cm,用胶水固定后亦进行封闭处理。
(3) 巷道稳定后，对垮落不充分的地方进行填充，撤 除单体支柱、k梁，根据矿压观测情况对巷道进行整形、维 修等处理，及时进行喷浆封闭，满足使用要求。
【参考文献】
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[5] 曾维勇.“三软”问题阻碍国企信息化[J].煤炭企业管理，2003(06).
【作者简介】
张建明（1981-)，男，内蒙古赤峰市人，采煤工程师，山西 焦煤集团有限责任公司杜儿坪煤矿；研究方向：生产一线技术管 理。
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