矿压显现对工作面瓦斯涌出规律影响分析标准版本
超长工作面矿压显现规律分析与总结
超长工作面矿压显现规律分析与总结摘要：2703综采对拉工作面为城郊煤矿第一个对拉工作面，其中上段长度165.8m，下段长度176.4m，总计342.2m，本项目针对此超长工作面的矿压显现规律进行了数据采集、分析及总结，为今后超长工作面（对拉工作面）提供了一定的借鉴意义。
项目主要四个方面分析总结矿压显现规律。
关键词：超长工作面;矿压;周期来压1.初采期间1.1 直接顶的初次垮落初采初放期间对2703综采对拉工作面顶板垮落顺序进行如下控制：2703工作面下段机尾段直接顶初次垮落→2703工作面上段机尾段直接顶初次垮落→2703工作面下段机尾段基本顶初次来压→2703工作面上段机尾段基本顶初采来压。
回采中，2703综采对拉工作面采空区直接顶按既定顺序进行垮落，具体垮落情况见表1。
表1 直接顶垮落情况表日期垮落范围推过工作面下段切眼距离/m 推过工作面上段切眼距离/m3月16日中班234～195# 6.7 —3月17日夜班234～170# 5.8 —3月17日中班234～160# 6.6 —3月18日夜班234～150# 5.5 —3月18日中班234～138# 4.8 —3月19日夜班234～135# 6.4 —3月19日中班234～119# 6.5 —3月20日夜班234～115# 9 —平均垮落步距 6.4 —3月24日中班87～113# — 5.33月25日中班60～114# — 5.63月27日夜班50～114# — 6.43月28日夜班45～114# — 7.53月29日中班35～114# — 7.43月30日夜班20～114# — 6.44月1日中班1～114# — 9.1平均垮落步距— 6.8截至3月20日夜班2703工作面下段已完全垮落，直接顶平均垮落步距为6.4m。
截至4月1中班，2703工作面上段直接顶垮落至1#支架，平均垮落步距为6.8m。
1.2 基本顶初次来压规律根据调斜开采安排，初采初放期间对基本顶初次来压按从下往上的顺序逐段来压，液压支架循环末工作阻力曲线如图1所示。
受采动影响矿压显现规律
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顶板巷道位置参数
我国煤层赋存复杂，如开采有底板承压水的煤层，或 我国煤层赋存复杂，如开采有底板承压水的煤层， 开采有煤与瓦斯突出的煤层， 开采有煤与瓦斯突出的煤层，需要开采下部保护层的 煤层时，需考虑将巷道布置在顶板中。 煤层时，需考虑将巷道布置在顶板中。 我国常用煤柱保护顶板巷道 前苏联的经验：布置在尚未开采的煤层顶部，要经历下 部煤层开采影响的顶板巷道，z值不小于回采工作面顶 板裂隙带的高度，用全部跨落法时，z值不小于12倍采 高。巷道与下部煤体边缘之水平距离x=z+2L，且z大于 50 m，L为下部煤层工作面周期来压步距
受采动影响矿压显现规律
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巷道位置类型 区段巷道的位置和矿压显现规律 底板巷道的位置和矿压显现规律 上下山的位置和矿压显现规律 巷道位置参数的选择 综放面回采巷道矿压显现特点
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分类依据： 回采空间相对位置、 回采空间相对位置、采掘关系
本煤层巷道 底板巷道 顶板巷道
分层巷道
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二、区段巷道的位置和矿压显现规律 区段巷道的布置方式 区段巷道矿压显现规律
a.布置在已稳定的采空区下部。在上部煤层回采空间形成的 底板应力降低区内，图中I，巷道整个服务期间内不受采动影响。 b.布置在保护煤柱下部。经历保护煤柱两侧回采工作面的超 前采动影响，见图中Ⅱ。保护煤柱形成后，一直受保护煤柱支承 压力的影响。当保护煤柱足够宽或者巷道与保护煤柱的间距足够 大时，巷道可以避开采动影响，处于原岩应力场内。 c.布置在尚未开采的工作面下部。经历上部采面的跨采影响 后，位于已稳定的采空区下部应力降低区内 10
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厚煤层中下分层区段巷道布置和矿压显现规律 三种巷道布置方式；与上部煤层有三种位置 关系：
1.布置在已稳定的采空区下方，附近无上分层 遗留煤柱 2.布置在已稳定的采空区下方，并在上分层护巷煤
园子沟煤矿1012007综放工作面初采—初放期间瓦斯涌出规律分析
园子沟煤矿 1012007综放工作面初采—初放期间瓦斯涌出规律分析摘要：通过对1012007综放工作面初采初放期间瓦斯涌出特征的分析,得出初采初放期瓦斯涌出波动性较大主要是上覆煤岩层的活动引起的,直接顶和老顶的垮落相继垮落造成工作面瓦斯的大量涌出的主要原因,通过分析工作面不同推进阶段瓦斯涌出量得出了工作面瓦斯来源及各来源占比，为上覆煤岩层相同的其他盘区工作面的初采期瓦斯治理提供了重要参数，对高产高效工作面安全生产有着重要指导意义。
关键词：初采初放瓦斯来源瓦斯涌出量上覆煤岩层1工作面概况1012007综放工作面是园子沟煤矿在101盘区布置的第二个综放工作面，位于101盘区最南部，北部紧邻1012006设计工作面，距离1012001工作面1380m，南部紧邻101盘区与105盘区边界保护煤柱，西部紧邻开拓大巷保护煤柱，东部为铁路与101盘区大巷保护煤柱，工作面设计布置四条巷道，分别为辅助运输运巷、带式输送机巷、回风巷、高位瓦斯抽放巷。
设计走向长度约2618m，倾斜宽约211.5m，煤层平均厚11.19m，可采长度约2020m，工作面面积0.58km2，可采面积0.43km2，工作面可采范围内的地质储量为654万吨。
矿井为高瓦斯矿井，1012007综放工作面主采2号煤层自燃倾向性等级为Ⅰ类，属容易自燃煤层，煤尘具有爆炸性，最短自然发火期为39天，，煤层无突出危险性。
工作面实测原始瓦斯含量为2.76～4.06m3/t，实测最大瓦斯压力为0.44MPa，瓦斯放散初速度为12.9～16.4mmHg，煤的坚固性系数为1.0～1.2，属Ⅰ、Ⅱ类煤，煤层透气性系数为0.9245m2/（MPa2.d），钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0395d-1。
极限吸附量a值为26.09～34.4m3/t·r，b值为0.397～0.65MPa-1。
煤的真密度为1.26～1.46t/m3，视密度为1.17～1.40t/m3，孔隙率为2.32～7.15%。
影响瓦斯涌出的因素(正式版)
文件编号：TP-AR-L1651In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.（示范文本）编订：_______________审核：_______________单位：_______________影响瓦斯涌出的因素(正式版)影响瓦斯涌出的因素(正式版)使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。
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决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。
(一)自然因素1、煤层和围岩的瓦斯含量，它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。
单一的薄煤层和中厚煤层开采时，瓦斯主要来自煤层暴露面和采落的煤炭，因此煤层的瓦斯含量越高，开采时的瓦斯涌出量也越大。
2、地面大气压变化。
地面大气压变化引起井下大气压的相应变化，它对采空区（包括回采工作面后部采空区和封闭不严的老空区）或坍冒处瓦斯涌出的影响比较显著（二）开采技术因素1、开采规模（1）矿井达产之前，绝对瓦斯涌出量随着开拓范围的扩大而增加。
绝对瓦斯涌出量大致正比于产量，相对瓦斯涌出量数值偏大而没有意义。
（2）矿井达产阶段后，绝对瓦斯涌出量基本随产量变化并在一个稳定数值上下波动。
对于相对瓦斯涌出量来说，如果矿井涌出的瓦斯主要来源于采落的煤炭，产量变化时，对绝对瓦斯涌出量的影响虽然比较明显，但对相对瓦斯涌出量影响却不大，（3）开采工作逐渐收缩时，绝对瓦斯涌出量又随产量的减少而减少，并最终稳定在某一数值，这是由于巷道和采空区瓦斯涌出量不受产量减少的影响，这时相对瓦斯涌出量数值又会因产量低而偏大，再次失去意义。
厚煤层综放工作面矿压显现规律研究
收稿日期:2024 01 08作者简介:刘赵新(1982-),男,山西晋城人,工程师,从事煤矿安全技术管理工作,E -mail:1597143562@doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2024.05.017厚煤层综放工作面矿压显现规律研究刘赵新(山西泽州天泰能源有限公司,山西晋城㊀048000)摘㊀要:以山西泽州天泰能源某煤矿综放工作面为工程背景,通过现场观测分析出实际工作情况下的支架与围岩稳定性的关系㊁来压规律㊁工作面前方的支承压力分布㊂然后运用数值模拟手段对工作面的矿压显现规律进行研究㊂研究发现,超前支承压力在工作面前约30m 处由原岩应力4.4MPa 开始增大,在距工作面前方5m 处增加至最大值5.2MPa 后急剧降低㊂覆岩垮落高度随着工作面推进逐渐增加,当推进至160m 时,随着冒落矸石逐渐被压实,岩层弯曲下沉量不再增加,覆岩垮落高度不再变化㊂工作面上覆岩层垮落形态呈近似 等腰梯形 状,表现为滑落失稳形式并垮落形成台阶岩梁结构,导致工作面来压比较迅速㊂关键词:综放开采;矿压显现;覆岩破断中图分类号:TD323㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2024)05 0068 04㊀㊀20世纪初期,欧洲国家将放顶煤技术作为一种特殊采煤方法应用于特殊地质条件下的开采[1-3]㊂放顶煤开采技术是在厚及特厚煤层条件下,以一次采全高综合机械化开采为基础而发展的技术[4-6]㊂由于综放工作面最终煤炭采厚是设计采高的一倍甚至于多倍,所以综放工作面覆岩运移规律㊁围压分布规律㊁采准巷道围岩运移规律等都与传统开采方法下矿山压力显现规律有很大不同[6-8]㊂由于一次采出厚度的增加和顶煤回收方式不同等导致的矿压显现用传统矿压理论已经无法合理解释,因此也引发了一系列新的问题,如采场巷道布置不合理㊁回收率低㊁煤柱的留设等㊂因此必须深入掌握综放工作面的覆岩运移规律和矿压显现规律以便控制采场矿山压力,保证安全生产[9-12]㊂本文以山西泽州天泰能源某煤矿综放工作面为工程背景,利用现场实测与数值模拟相结合的手段,对综放开采条件下的矿压显现规律进行了研究,为厚煤层条件下综放工作面安全高产高效开采提供参考㊂1㊀工程地质概况所研究的综放工作面煤层结构简单稳定,为近水平煤层,平均开采深度为180m,煤层倾角3ʎ~5ʎ,含0~2层矸石,矸石主要成分为炭质泥岩㊂煤层平均厚度为11.15m.基本顶厚度为14.2m 的炭质泥岩,直接顶厚度为3.6m 的粉砂岩,煤层底板厚度为9.83m 的粉砂岩㊂顶底板岩性及倾角无大变化,对工作面回采无褶曲影响㊂3209综采放顶煤工作面是采用单一走向长壁巷道布置㊂采高3.5m,放煤高度6.5m,采放比为1ʒ1.86.2㊀矿压现场观测2.1㊀现场观测内容为了获得关于厚煤层综放开采的工作面矿压显现规律和围岩活动的第一手资料,在3209工作面布置3条测线,观测工作面支架的运行状态㊂在回风巷距切眼60m 和80m 处布置2个测站,分别观测采场支架荷载㊁顶板来压规律㊁顶板深基点位移以及支承压力分布情况,获得丰富的观测数据分析研究厚煤层综放开采矿压显现的基本规律㊂2.2㊀工作面矿山压力显现特征2.2.1㊀工作面支架工作阻力观测情况根据自动记录液压支架工作阻力数据,可得出支护阻力随工作面推进变化曲线㊂图1为3号㊁6号㊁9号测量线(分别对应37号㊁85号㊁133号支架)工作阻力与推进距离的关系㊂它们分别代表工作面头部㊁中部和尾部支架的工作阻力的变化㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第33卷㊀第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2024年5月图1㊀不同测线工作阻力与推进距离之间的变化关系㊀㊀支架载荷观测数据符合正态分布,根据统计学原理,本文采用公式(1)[11]判别基本顶来压步距㊂P M =P -D +σP(1)式中:P M 为判定基本顶来压时工作阻力,MPa;P -D 为支架支护阻力平均值;σP 为支架阻力均方差㊂以实测阻力平均值P -加其一倍均方差σP 为老顶来压的判据P '.再加上初撑力和时间加权平均阻力的平均值加其一倍均方差为老顶来压的辅助判据㊂由现场测量数据确定工作面基本顶初次来压步距为56.8m.老顶初次来压步距大,周期来压步距为11~21m,平均为15.5m.2.2.2㊀采动影响范围及支承压力观测情况超前支承压力观测站设在工作面回风巷道,测力仪安设在工作面回风巷距开切眼60m 和80m 处的煤壁内㊂工作面前方超前支承压力分布如图2所示㊂图2㊀3209工作面前方超前支承压力分布㊀㊀由图2可知,工作面前方超前支承压力在工作面前约30m 处由原始岩初始应力4.4MPa 开始增大,且增幅呈现上升状态,在距工作面前方5m 处增加至最大值5.2MPa,然后急剧降低,支承压力应力集中系数约为1.2.2.2.3㊀覆岩移动规律的观测与分析在3209工作面回风巷道距上山165m 和192m 分别安设2个深基孔观测站,在上部煤层深处的2个基点处分别跟踪上部煤层在1m 和3m 的运移㊂以及顶板深处分别跟踪2m㊁6m 层处的2个基点的移动㊂深基点在顶煤和顶板中的具体层位如图3所示㊂图3㊀深基点在顶煤顶板中布置示意㊀㊀完成深基点安装后,即进行初次测量,测量并记录深基点与钻孔之间的距离㊂在随后的工作面推进中,每隔4m 进行一次观测㊂随着工作面向深基点推进,测量密度加大,每隔1m 或2m 测量工作面一次㊂记录安装在顶煤和顶板中深基点的监测详细数据,最终获得深基点随工作面推进距离的关系㊂其观测数据图如图4㊁图5所示㊂图4㊀顶煤随工作面推进的运移规律图5㊀顶板随工作面推进的运移规律96第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀刘赵新:厚煤层综放工作面矿压显现规律研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀由图4与图5可知,顶煤在工作面煤壁前方15m处开始移动,随着工作面的推进,顶煤随采随冒㊂且顶煤中1m和3m处的测线变形步调基本一致,这说明3号煤的冒放性较好㊂距煤壁约10m处的顶板岩层开始移动,移动速度缓慢增加㊂且位于顶板中两个深基点的运移是相同的,表明顶板各层无离层现象㊂此外由图可知,顶板自煤壁后方20m 处位移显著增大㊂3㊀综放面覆岩运移规律数值模拟研究3.1㊀数值模型的建立数值计算模型如图6所示,模型长300m,高150m,在模型顶部施加等效应力1.5MPa,为消除边界效应,模型左右两边分别预留50m煤柱,煤层为近水平煤层㊂边界条件为固定模型底部边界与左右两边界;在模型内部分别布置测点和3条测线:①煤层之上直接顶内布置1条测线;②关键层中设置1条测线;③关键层上软弱随动层中设置1条测线㊂模型边界与测线布置如图6所示,记录每条观测线位置处的应力和位移数据㊂图6㊀原始模型及测线布置图3.2㊀UDEC模拟计算及结果分析3.2.1㊀模型开挖由于支架无法改变煤岩在开挖过程中的宏观运动,因此对于支架不做考虑㊂工作面总推进长度为200m,在模型开挖后,其对应的直接顶㊁关键层的破断情况和软弱随动层的运移情况如图7所示㊂图7㊀不同开挖距离时覆岩运移情况㊀㊀如图7所示,在工作面从初始位置开挖至30m 期间,工作面上方直接顶岩层垮落,垮落范围从下到上逐渐降低,其垮落形态如图7(a)所示;在工作面从30m推进到60m期间,位于直接顶上方的部分岩层开始出现裂缝并垮落,并且裂缝发育导致直接顶垮落至基本顶,此时基本顶岩层在采动与自重的复合作用下产生弯曲下沉,垮落形态如图7(b)所示;工作面由60m持续向前推进至90m,直接顶与老顶之间出现明显的离层,如图7(c)所示;当工作面向前继续推进至120m时,直接顶与基本顶之间的离层量逐渐减小,基本顶上方软弱岩层随基本顶一同逐渐弯曲下沉,随工作面的推进裂隙发育范围继续增大,当基本顶出现大规模破断垮落时,基本顶产生初次来压,此时支架动载明显;当推进至160m 时,采空区后方已冒落矸石逐渐被压实,采空区中部裂隙逐渐闭合,岩层弯曲下沉量不再增加,覆岩垮落高度不再变化㊂通过UDEC模拟得到的结果发现,工作面采动覆岩最终垮落形态呈近似 等腰梯形 状,顶板单一关键层结构易发生滑落失稳形成台阶岩梁结构㊂此07㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第33卷结构的失稳能使覆岩载荷得到充分传递,工作面来压比较迅速,容易造成工作面压架事故,地表下沉明显㊂3.2.2㊀数据分析在连续开挖过程中,对直接顶㊁关键层㊁软弱随动层位置进行位移监测,观察开挖过程对上覆岩层的运移影响,其下沉曲线图如图8所示㊂图8㊀不同层位测线位移曲线图㊀㊀通过对覆岩位移曲线进行分析可以得出:在工作面推进至30m 时,工作面直接顶开始出现下沉现象,下沉量约为3.2m,基本顶出现轻微的下沉,软弱随动层未出现下沉现象;在推进至70m 时,关键层开始产生滑落失稳,出现破断垮落情况,此时位于关键层上方的软弱随动层出现下沉现象;工作面推进达160m 时,关键层位置形成台阶岩梁结构,此时覆岩最大下沉量达9.8m,关键层上方软弱随动层也出现台阶下沉现象,总下沉量约为7.8m,软弱随动层的台阶下沉现象相对于关键层有滞后现象㊂4㊀结㊀语1)㊀工作面前方超前支承压力在工作面前约30m 处由原岩应力4.4MPa 开始增大,在距工作面前方5m 处增加至最大值5.2MPa 后急剧降低,支承压力应力集中系数约为1.2.2)㊀随着工作面推进,上覆岩层垮落高度逐渐增加,当工作面推进至160m 时,采空区后方已冒落矸石逐渐被压实,采空区中部裂隙逐渐闭合,岩层弯曲下沉量不再增加,覆岩垮落高度不再变化㊂3)㊀随工作面继续推进,工作面采动覆岩最终垮落形态呈近似 等腰梯形 状;上覆岩层整体表现为滑落失稳形式并垮落形成台阶岩梁结构,导致工作面来压比较迅速㊂参考文献:[1]㊀王家臣,仲淑姮.我国厚煤层开采技术现状及需要解决的关键问题[J].中国科技论文在线,2008,11(3):829-834.[2]㊀王金华.我国大采高综采技术与装备的现状及发展趋势[J].煤炭科学技术,2006,34(1):4-7.[3]㊀毛德兵,姚建国.大采高综放开采适应性研究[J].煤炭学报,2010,35(11):1837-1841.[4]㊀史晓亮.大倾角厚煤层综放工作面智能化开采方案构建研究[J].煤,2023,32(6):74-76.[5]㊀王瑞杰.庞庞塔煤矿9-301综放工作面放煤参数设计[J].煤,2023,32(3):106-108.[6]㊀钱红亮,赵晓凡.综放工作面冲击危险性评价及防治措施[J].煤,2022,31(10):29-33.[7]㊀朱涛.软煤层大采高综采采场围岩控制理论及技术研究[D].太原:太原理工大学,2010.[8]㊀孟宪锐,李建民.现代放顶煤开采理论与实用技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001.[9]㊀张顶立.综合机械化放顶煤开采采场矿山压力控制[M].北京:煤炭工业出版社,1999.[10]㊀靳钟铭.放顶煤开采理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.[11]㊀谢耀社,宋晓波,胡艳峰,等.缓倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率数值模拟[J].煤炭科学技术,2008(6):19-22.[12]㊀汪云甲,杨敏,侯杰.放顶煤开采采出量与采出率计算精度的探讨[J].中国矿业大学学报,2000,29(6):26-30.[本期编辑:路㊀方]17第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀刘赵新:厚煤层综放工作面矿压显现规律研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
大采高作业面矿压显现规律分析
SUN Zhiqiang
(No.2 Coal Mine, Yangquan Coal Industry (Group) Co., Ltd., Yangquan 045000, Shanxi, China)
Abstract: The exploration of the mining pressure appearance law in working face with large mining height was carried out. Combined with the actual engineering practice, with theoretical analysis and numerical simulation, this paper carried out the targeted analysis of the mining pressure appearance and the stress characteristics of the working face hydraulic support and on this basis, analyzed the safety of the working face mining operation. The research results show that the mining operations in the 2122 fully mechanized caving face of A Coal Mine can be carried out safely. Key words: thick coal seam; large mining height; mine pressure appearance; periodic pressure
大采高工作面矿压规律与瓦斯涌出关系实测
通讯作者 ： 袁广玉 （ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 河南永城人 ， 硕士 ， 主要从事矿山压力与岩层控制方 面的研究
６ ７ ０
西 安 科 技
大 学 学 报
２ ０ １ ３丘
图１ Ｗ１ ３ ０ １大 采 高 工 作 面布 置不 意 图
制 理论 和数 据 支持 ， 为煤 与 瓦斯 突 出区域条 件下 工作 面安 全 高效生 产 打下坚 实基 础 。
为了实现工作面安全高效生产 ， 拟在西井区 Ｗ１ ３ ０ １ 工作面建立完整的支架载荷 、 煤壁受力及变形等 采动应力实时监测系统 ， 完善工作面瓦斯涌 出数据的搜集处理 ， 研究在寺河矿西井 区 ３号煤层 的顶底板 围岩、 支架类型及特点、 工作面采高以及工作面采煤工艺方式及参 数等条件下 ， 直接顶初次垮落步距、 基
。
浓度 ， 掌握 了大采 高 工 作 面 来 压 显现 特征 ， 进 一 步 分 析 了 瓦斯 涌 出与矿 压 显 现 的 规 律 。 实践 证 明： 大采 高 工作 面来压 显现 并不 强烈 ， 动 载 系数 平 均为 １ ． ３ ４ ； 当工作 面来压 显 现 时 ， 瓦斯 涌 出量 急 剧增大， 支架工作 阻力 降低 时 ， 工作 面 瓦斯 浓 度 也 随之 降低 ， 大 采 高条 件 下 钻 孔 瓦斯 涌 出量 与 其
第３ ３ 卷 第６ 期
２ ０ １ ３年 １ １月
西
安
科
技
大 学 学 报
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． ６ Ｎｏ ２０１ ３
Ｊ Ｏ Ｕ ＲＮ ＡＬ Ｏ Ｆ ＸＩ ’ Ａ Ｎ Ｕ ＮＩ Ｖ ＥＲ Ｓ Ｉ ＴＹ ＯＦ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ ＮＤ Ｔ Ｅ Ｃ ＨＮ ＯＬ Ｏ ＧＹ
工作面推进速率对矿压显现规律影响研究
工作面推进速率对矿压显现规律影响研究王建国【摘要】为了研究工作面推进速率对矿压显现规律的影响,分析了工作面推进速率影响因素,利用层次分析法研究了工作面推进速率的影响因素,研究得出:顶板活动、矿山压力显现、刮板输送机性能、采煤机性能、瓦斯排放、自燃发火的影响权重值为0.2429,0.2646,0.1041,0.1041,0.1741,0.1102;矿山压力显现对工作面影响最大;采用FLAC3D数值模拟软件,研究了在不同工作面推进速率下围岩塑性区、应力场和位移场的分布,得出:随着工作面推进速率的增加,煤壁前方发生剪切破坏和拉伸破坏范围逐渐降低、工作面超前支撑压力逐渐靠近煤壁,并且峰值逐渐增大,应力系数也逐渐增大、煤壁破坏程度减少,致使煤壁的水平位移量减小.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2019(041)002【总页数】5页(P167-171)【关键词】工作面推进速率;矿压显现规律;层次分析法;FLAC3D数值模拟;围岩塑性区;应力场;位移场【作者】王建国【作者单位】潞安集团蒲县隰东煤业有限公司,山西临汾 041208【正文语种】中文【中图分类】TD3230 引言随着我国煤矿高速发展，我国煤矿综采比例逐渐上升，合理的综采面推进速度是实现高效生产和安全生产的保障。
矿压显现和工作面推进速率的关系有待进一步研究[1]，国内外学者对工作面推进速率对矿压显现规律的影响进行了大量的研究，刘洪磊等[2]对西部煤层开采覆岩垮落及矿压显现影响因素进行了研究，采用理论分析、现场微震监测和数值模拟结合的方法，分析了西部矿区煤层覆岩垮落及矿压显现规律影响因素；王世炫[3]研究了推进速度对大采高工作面矿压显现的影响研究，研究得出，提高推进速度，来压持续长度、周期来压步距增幅明显，工作面超前应力峰值增大，影响范围变小，形成应力集中现象，片帮冒顶发生情况有所减少。
本文通过FLAC3D数值模拟软件，研究了工作面推进速率对矿压显现的影响，研究对控顶和防止工作面片帮有积极的作用。
掘进工作面强矿压显现分析及解决措施
摘要:本文针对潞新一矿5243下顺槽掘进工作面矿压显现剧烈，出现的炸顶等强矿压显现，结合地质力学测试，分析了掘进工作面强矿压显现出现的原因是地质因素引起的应力分布异常及应力差较大，并针对性的提出了卸压、喷浆及超前锚索等解决措施。
关键词:掘进工作面强矿压显现应力分布异常卸压地质条件和支护方式是影响巷道掘进速度的重要因素，地质条件的影响常常使得巷道掘切速度慢、需采用多重支护等，巷道掘进的进度大大降低。
潞新矿区一矿5243下顺槽掘进工作面开口后，在掘进过程中由于矿压显现剧烈，在掘进迎头11点方向，多次发生局部冒漏，无法采用锚网梁支护及快速掘进，只能采用以U钢为主的联合支护，既增加了成本，又无法保证正常的采掘接续。
1强矿压显现的原因分析①巷道轴线方向与最大水平主应力的夹角较大根据地应力测量结果，一矿两测点最大水平主应力方向分别为N8.2°W和N19.8°W，方向的一致性相对较好，近似N-S方向，与一矿的顺槽巷道的布置方向的夹角达到80°左右，接近垂直。
②主应力差较大最大水平主应力与垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力之间的差值较大。
较大的主应力差会产生较大的剪切应力，当其超过煤岩体剪切强度时，煤岩体易发生破坏现象，特别是巷道肩角和底角位置更容易发生剪切破坏和变形。
根据测试结果，潞新一矿两个测点最大水平应力分别为16.22MPa和16.53MPa；最小水平主应力分别为8.64MPa和9.13MPa；垂直主应力分别为8.89MPa和11.34MPa，应力差值较大。
③煤的硬度较大，聚集能量能力强，但煤体抗剪切、拉伸能力差强度测试表明，除夹矸及破碎位置触点强度值外，煤体强度值大部分集中在10~30MPa之间，平均值为21.08MPa，煤体较硬。
现场发现，煤层层理、节理较为发育，局部还有掘进断面竖向、横向节理交错的现象，这些都大大降低了煤体的抗剪及抗拉强度。
④地质构造影响导致的应力集中地质资料显示，一矿井田边界发育有较大的褶曲构造，开采范围内断层较多，落差不等，局部地段受多个构造交叉影响，应力集中。
测算综采面采空区瓦斯涌出量的几种方法(标准版)
( 安全技术 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改测算综采面采空区瓦斯涌出量的几种方法(标准版)Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that peoplemake mistakes测算综采面采空区瓦斯涌出量的几种方法(标准版)1采空区瓦斯涌出来源分析采空区瓦斯涌出可分为几部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出，如工作面周围有已采的老空区存在，也会向现采空区涌出瓦斯。
这几部分瓦斯随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的规律涌入采空区，混合在一起，在浓度（压力）差和通风负压的作用下涌向工作面，要想严格区分上述各部分涌出的瓦斯量，由于采场条件所限是很困难的，以往的研究是根据有关的瓦斯涌出资料进行统计分析，确定各部分瓦斯涌出系数来计算采面各涌出源的瓦斯涌出量，煤炭科学研究总院抚顺分院的国家重点科技攻关成果“分源预测法，”就是在统计的基础上提出的计算瓦斯涌出量的方法，但系数选择对结果影响很大。
如果将上述的构成采空区瓦斯的几部分作为一个瓦斯源，采用切实可行的研究测定方法，来确定采空区的瓦斯涌出量是具有实际意义的，而且可降低系统误差。
因此，将综采工作面采空区当做一个整体严研究。
以淮南矿业集团潘三矿1452（3）综采面为例，该面采空区除围岩瓦斯涌出外，由于煤层厚度3.8m，采高3.3m，有未采的薄层煤遗留在采空区内，一部分采落的煤块也丢落到采空区内，此外开采层上部1m左右有1层厚1.1m的煤层，随工作面顶板垮落到采空区内，同时1452（3）综采面周围还有老空区存在。
因此1452（3）综采面采空区瓦斯涌出构成关系如图1所示。
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矿压显现对工作面瓦斯涌出规律影响分析标准版本 操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898
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（作者：王岩森 马立强 顾永功） 1瓦斯在煤层中存在形式及涌出规律 煤是一种复杂的孔隙性介质，有着十分发达的不同直径、形状的孔隙和裂隙，形成了庞大的自由空间和孔隙表面，煤层瓦斯以游离状态或吸附状态存在于煤层孔隙或裂隙内，如图1所示。游离状态瓦斯量的大小决定于存在空间的容积、煤层瓦斯压力和温度。吸附状态的瓦斯可分为吸着状态和吸收状态两种。吸着状态是在孔隙表面的固体分子吸力作用下，瓦斯分子被紧密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 附层，吸收状态是气体分子紧密充满于几埃至十几埃的微细孔隙内。吸附状态瓦斯量的大小，决定于煤层的孔隙结构特性、吸附能力及瓦斯压力和温度。 图1 瓦斯在煤内存在状态示意图 1.1煤层内瓦斯存在形态的关系 煤层内瓦斯存在形态的游离状态和吸附状态。它们以动态平衡的关系存在于煤层内。游离状态的瓦斯分子在运动中碰撞煤层孔隙表面时，会因分子间吸力的作用被吸附到煤层孔隙表面上，这种现象叫吸附。吸附在煤层孔隙表面上的瓦斯分子能克服分子间的吸引力进入煤层孔隙空间成为游离状态，这种现象叫解吸。在一定条件下，当吸附速度与解吸速度相等时，达到动态平衡。 煤层吸附状态的瓦斯量跟煤层瓦斯压力、温度有关；跟煤层的孔隙特征，即煤层孔隙的大小及孔隙的操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 表面积有关；跟煤层表面分子的吸附能力有关。游离状态的瓦斯量跟煤层瓦斯压力、温度有关；跟煤层孔隙的特征，即煤层粗孔隙的体积有关。根据有关资料统计的原始煤层内，吸附状态的瓦斯量约占煤层瓦斯含量的80～90％，游离状态的瓦斯量只占10～20％，但在断层、大的裂隙、孔洞和砂岩内，主要为游离瓦斯。 1.2煤层瓦斯涌出规律 煤层揭露时，煤层揭露面原始的瓦斯存在的平衡条件遭到破坏，煤层揭露面的瓦斯压力突然降到与揭露处空气的绝对压力相等。吸附在揭露面的瓦斯迅速释放到空气中去。同时靠近揭露面煤层内的游离状态瓦斯通过与外界沟通的煤层裂隙缓慢释放，煤层瓦斯压力逐渐降低，该处和瓦斯存在平衡也遭到破坏，吸附状态的瓦斯逐渐释放，同时深部的游离状态瓦斯通操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 过孔隙不断进行补充，达到新的动态平衡。平衡后的瓦斯压力比原始煤层的瓦斯压力小；与深部煤层的瓦斯压力形成压差，又破坏深部的瓦斯存在平衡。这样逐步向煤层深部发展，形成不断变化的瓦斯压力梯度；同时释出的瓦斯流线不断增长，阻力不断变大，煤层瓦斯涌出速度与瓦斯释放阻力成正比。随着煤层揭露面的时间长，煤层瓦斯涌出量随时间大致按指数函数关系逐渐衰减，如图2所示。 原因有几方面：一是随时间延长，瓦斯压力梯度的坡度不断变小，释放出的瓦斯流过的线路不断变长，释放阻力不断变大；二是煤层孔隙空间内的压力减少，造成煤层压力重新分布，使煤层导通裂隙变小，增大释放瓦斯的阻力；三是吸附在煤层孔隙表面的瓦斯分子解吸速度降低。 1.3影响煤层瓦斯渗出速度的因素 操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 煤层瓦斯涌出速度是指单位时间内煤层揭露面涌出瓦斯的含量，对煤层瓦斯涌出速度影响因素很多，关系也非常复杂，是多种因素作用的结果。 （1）煤层瓦斯含量。它是影响瓦斯涌出速度的最决定因素，煤层瓦斯含量越高，瓦斯涌出量就越大，瓦斯涌出速度也越快。 （2）煤层瓦斯压力。它对瓦斯涌出速度影响很大，在其它条件不变的情况，煤层瓦斯压力越大，在煤层中形成瓦斯压力梯度的坡度就越大，瓦斯涌出速度也越快。 （3）煤层瓦斯存在形式。煤层中游离状态的瓦斯能直接通过与煤层裂隙直接涌出，煤层中游状态的瓦斯含量越大，煤层瓦斯涌出速度越快。 （4）煤层孔隙结构特征。它主要从两方面影响煤层瓦斯的涌出，一是煤层粗大孔隙发育，煤层内游操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 离状态的瓦斯含量有吸着状态瓦斯含量多，煤层瓦斯涌出速度快，二是煤层裂隙越发育，瓦斯涌出速度也越快。 （5）煤层孔隙表面对瓦斯的吸附能力。它主要对煤层瓦斯含量的影响比较大，也影响煤层瓦斯涌出速度。 （6）矿压显现。矿压显现对瓦斯涌出速度的影响是通过改变煤层的瓦斯压力、瓦斯存在形态及煤层孔隙特征而影响煤层瓦斯涌出速度。如图3。 2采空区瓦斯涌出规律 采区的瓦斯涌出规律受许多因素的影响，但工作面通风系统是决定采空区瓦斯涌出规律的主要因素。我国工作面使用最普遍、最广泛的通风系统是U型后退式。我们就以它来分析采空区瓦斯涌出规律。如图4所示。 操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 1—实线是正常时瓦斯等浓度线；2—虚线是矿压显现瓦斯等浓度线 图4 采空区没有风流时的瓦斯分布图 图4是在采空区没有风流流动时的瓦斯分布图。这时瓦斯的运行规律主要有瓦斯分子扩散运行和瓦斯上浮动力决定的。可看出采空区的瓦斯分布规律是：一是越往采空区深部浓度越高；二是越往上部瓦斯浓度越高。 在采空区内有风流流动时，采空区内的瓦斯浓度规律发生了变化。如图5所示。 采空区可以根据风流影响范围（即：风流流线L＝0分界线）划分为两个区域。没有受风流影响的采空区的瓦斯分子以扩散运动为主，称为扩散区。在风流流线L以外到工作面切顶线范围内的采空区瓦斯分布受风流影响，以风流释稀作用为主，称为释稀区。为便操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 于分析释稀区内的瓦斯浓度分布规律，把它分为若干个等流线区域，每个区域的瓦斯浓度分布状态为：其始端瓦斯浓度较低，该值几乎接近入风巷中的瓦斯浓度，在流经采空区深部过程中，一方面不断得到相邻高瓦斯区域的补给，另一方面又不断地向低瓦斯区域扩散瓦斯。两方面共同作用的结果，使上隅角瓦斯浓度高，下隅角瓦斯浓度低；采空区深部瓦斯浓度，流线出口处瓦斯浓度低的分布规律，如图6所示。 矿压显现对采空区的瓦斯分布影响主要有二方面：一是矿压显现后使采空区渐渐压实，瓦斯存在空间减少，采空区深部的高浓度瓦斯外移；二是矿压影响使顶底板裂隙增加，加速围岩、邻近煤层的瓦斯涌入采空区。在两方面的共同作用下形成如图4、5所示的虚线分布规律。 3回采工作面矿压显现规律及对采空区的瓦斯涌操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 出的影响 3.1回采工作面矿压显现规律 回采工作面进入正常推进阶段后，矿压显现的主要特点是伴随着上覆岩的周期性运动而呈周期性变化，其变化的一般规律如图7所示。根据上覆岩层的运动特点可分两个阶段。 （1）缓慢变化阶段。该过程从上一次老顶运动结束，即图7—a所示状态开始，到工作面推进老顶岩层端部再次断裂前夕，如图7—c所示中虚线1为止。此时随工作面推进内应力场范围不断缩小。由于老顶周期运动已经结束，其作用力主要由铰接点的摩擦阻力的矸石的反力平衡。因此采空区的压力逐渐增大，采空区深部的矸石空隙不断压实，这阶段的顶板下沉量小，虽然采空区老顶也有缓慢下沉，不断把采把空区压实，减小采空区的间隙，造成采空区深部高操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 浓度的瓦斯往外堆，但这阶段经历时间比较长，工作面的推进距离也长，新形成的采空区空间远大于被老顶压实的空间，这阶段采空区涌入工作面的瓦斯量变化不大。在此过程中，煤层的应力集中区离工作面煤壁较远，应力集中度较低，最大应力值较小，但随着工作面的不断推进，应力集中度加剧，最大应力缓慢增大，到接近老顶岩层断裂前夕，煤层瓦斯涌出量大幅度的增大。 （2）显著变化阶段。这个过程从老顶断裂前夕，即图7-c曲线1所示状态开始，至老顶岩层运动结束，即图7-d曲线2所示状态为止。此过程经历的时间短，老顶运动明显，煤层应力变化剧烈，应力分布迅速集中到老顶断裂处，且集中度达到最大；破坏煤体的完整性，紧接着应力迅速向煤层深部移动，此时煤层瓦斯涌出量大幅度增大。采空区的压力操作指南 / OPERATION GUIDE 编号：RHD-QB-K7898 第 2 页 变化要滞后于煤层的压力变化2～4个小班，因为此时的老顶层虽断裂但仍处于稳定阶段。随着工作面继续往前推进2～4m后，失去平衡迅速下沉。工作面推进距离不长，而采空区被压实的范围大，采空区内的瓦斯大量涌出。 3.2矿压对回采工作面瓦斯涌出影响 从上面三方面的论述分析，矿压对回采工作面瓦斯涌出的影响主要是对煤层的瓦斯涌出变化和采空区也其涌出变化，是两方面的瓦斯变化曲线的迭加，如图8所示。 1—煤层瓦斯涌出曲线；2—采空区瓦斯涌出曲线；3—迭加曲线 图8 矿压影响瓦斯涌出含量曲线 4矿压对回采工作面瓦斯涌出影响规律的应用 从矿压对回采工作面的瓦斯涌出影响规律分析可