提高上限开采高普面安全回采技术研究王永淮南矿业（集团）有限责任公司潘一煤矿232082摘要：针对潘一矿1602(3)高普面实际地质条件，采用数值模拟方法分析了提高上限开采老顶直覆煤层或存在直接顶时，对老顶采取强制放顶措施后覆岩破坏特征，提出了提高上限高普面安全回采强制放顶技术参数。结果表明：数值模拟显示选用强制放顶步距6m，工作面支柱能够稳定支撑顶板；当现场老塘悬顶沿走向超过3m，沿倾斜方向超过5m不冒时，或正常回采期间，老塘悬顶沿走向超过2m，沿倾斜方向超过5m不冒时，对老塘顶板进行松动爆破。采用上述措施后提高上限开采高普面实现了安全回采。关键词：提高上限开采；高普面；强制放顶参数淮南矿业集团下属几个矿井近20年来已安全回采多个上提工作面，积累了丰富的提高上限开采经验；然而在部分上提开采工作面回采过程中，出现了综采工作面压架现象，致使支架压死压坏、设备被埋及资源浪费等现象，造成了严重的财产损失[1~5]。1工程概况潘一矿1602(3)工作面位于西三上山采区F8正断层～F5逆断层之间，为13-1煤实体块段，本区段煤层大部分顶板为老顶直覆，老顶砂岩累计均厚13m、最大厚度27m，主要由互层、中砂岩、粉细砂岩和中粗砂岩构成，部分地段含有一薄层直接顶。工作面安装ZZ6400/18/38型液压支架（实际工作阻力7200KN）100架，MG650/1620型采煤机一台，SGZ-1000/2×700型刮板输送机一台，运顺安装SZZ1000/400型转载机一部（含PCM250型破碎机），SSJ-1200/2×200型皮带机一部。2010年8月30日由综采二队试生产，9月2日正式回采。9月6日中班回采1峒煤后，工作面初次来压（此时，工作面平均退尺37.5m，不含切眼7.6m），特别是工作面中部液压支架安全阀大面积卸液（现场支架压力表显示42Mpa，安全阀开启压力为36Mpa），支架活柱伸出量迅速减少，采高由2.8m（初次放顶安全技术措施要求采高不超过3m）变为2.4m以下，38～65#煤机无法通过，11～15#、61～65#后立柱基本无行程。由于压力大，多处支架被压死，截止9月26日，工作面有35架有不同程度的损坏。1602(3)综采工作面压架放弃抢救后，距离原停采位置向外约100m重做切眼，改为高普回采。高普工作面面长、位置与煤层顶、底板情况与综采工作面相同。为了掌握1602(3)高普面矿压显现特征，确保工作面安全回采，需要开展高普面安全回采技术研究。2高普面覆岩破坏特征数值模拟分析1602(3)工作面选用高普回采工艺，如果不对老顶采取措施，同样会面临第二次压面事故；根据以往经验，拟对老顶采取强制放顶措施，然而强制放顶步距选用多少是1602(3)高普面能否安全回采的关键。因此，下面采用数值软件分析采取强制放顶后高普面覆岩破坏特征。2.1数值模拟软件简介此次数值模拟选用UDEC软件，它是一种基于非连续体模拟离散单元法的数值计算程序。UDEC提供了适合岩土的7种材料本构模型和5种节理本构模型，能够较好地适应不同岩性和不同开挖状态条件下的岩层运动的需要，是目前模拟破碎岩体变形过程较为理想的数值模拟软件。2.2模型建立根据1602(3)高普面现场条件，模拟采高2.2m。整个模型尺寸（长×高）300×110m2，模型底边界垂直方向固定，左右边界水平方向固定。模拟支柱及顶梁上方的力可以通过支柱工作阻力代替，支架工作阻力即为每排支柱的工作阻力之和，数值计算时单根支柱的工作阻力选用P=300kN，放顶步距暂定为6m。数值模拟计算过程为：原岩应力计算→切眼开挖→控顶区支护→计算→工作面推进→新的控顶区支护→计算→返还至工作面推进→直至老顶初次来压→结果输出→工作面继续推进→直至老顶第一次周期来压→结果输出。根据矿原始地质资料，材料本构模型为莫尔－库伦模型，各岩层力学参数及接触面力学参数如表1、表2所示。表1各岩层数值计算的力学参数岩层体积模量K/GPa剪切模量G/GPa密度d/N·m-3摩擦角f/°粘结力C/MPa抗拉强度t/MPa直接底2.812.012500286.51.55煤层1.51.11400212.60.81直接顶2.581.92500305.62.82老顶25.012.02500388.65.0上覆岩层2.581.92500286.52.56表2接触面力学参数岩层法向刚度jkN/GPa切向刚度jks/GPa粘结力jc/MPa摩擦角jf/°抗拉强度jt/MPa直接底84.50120煤层52.50100直接顶2.11.5050老顶11...
