综放开采矿压显现规律研究.pdf

285 科学管理 2020年第6期 综放开采是厚煤层主要开采方式，均有单产高、 成本低、巷道掘进量低等优点。随着综放技术的不断 提升，综放工作面煤炭资源回收率得以提升[12]。现阶 段，众多研究人员对综放开采放煤支架工作阻力、覆 岩破坏规律以及放煤工艺、矿压显现规律等展开研究 [3]。但是不同矿井煤层赋存条件存在差异，具体矿压显 现情况也各有差异。文中对采用数值模拟、矿压实测 等手段对19106回采工作面矿压显现规律进行研究，以 期能为矿井煤炭高效开采提供一定指导。 1 工程概况 19106综放工作面开采9号煤层，该煤厚度在 7.1614.69m，埋深260328m，倾角平均5，中间 含有35层泥岩矸石。9煤直接顶、老顶分别为泥岩 （1.35m）、砂质泥岩与泥岩互层（厚度7.99m）；直接 底、老底分别为砂质泥岩与泥质灰岩互层（3.82m）、 中砂岩（厚7.89m）。采面设计开采长度2698m，宽度为 298m。回采工作面下部开采高度为3.23.6m，平均放煤 高度为8.6m，采放比控制在1∶2.5。 2 矿压显现模拟分析 2.1 超前支承压力分析 采用FLAC软件对19106采面开采期间矿压显现进行 模拟，为了更为直观监测矿压显现情况，在采面推进 20m、40m80m、100m时对采面倾斜方向上（距回风巷 75m）、中（距回风巷150m）及下部（距回风巷225m） 超前支承压力分布情况进行监测，具体结果见图1。 从图1得知，随着煤炭被开采，上覆岩层出现弯曲 下沉、离层以及垮落，围岩应力重新分布。当采面开 采20m位置时，采面前方超前支承压力迅速增加，其 中在采面倾斜方向上、中下三个位置处支承压力峰值 为9.89MPa、10.23MPa以及9.45MPa，三个位置处矿压 超前影响范围为71m、75m以及65m，采空区内应力减 低，采面前方出现应力集中。 （a） 支承压力峰值 （b） 支承压力影响范围 图1 超前支承压力分布图 当采面推进至40m位置时，采面顶板下沉量增加、 移动破坏范围扩大，采面后方采空区范围内的卸压区 增加，采面倾向方向上各位置超前支承压力值以及影 响范围均快速增加； 当采面推进至60m位置时，在采面前方各个位置 处的超前支承压力峰值以及超前压力影响范围继续 增加；推进至80m位置时，采面在上、中、下三个位 置处超前支承压力峰值大小以及影响范围增加程度较 推进至60m位置时显著放缓。采面推进至100m位置时 9号煤层上覆岩层充分下沉，采面在上、中、下三个 位置处超前支承压力峰值为17.95MPa、18.23MPa及 17.65MPa，对应的影响范围分别为96m、102m、94m。 从矿压监测模拟结果得知，采面后方采空区内应力值 快速恢复，采空区冒落的矸石被上覆岩层压实，采面 在倾向方向各个位置前方支承压力峰值及对应影响范 围随推进距离增加不再显著变化。 综上得知，由于19106综放工作面斜长为298m， 采面在倾斜方向上、中及下部各位置矿压显现有所差 异，但是差异不显著。 2.2 来压步距分析 随着采面推进距离增加，采面上覆岩层离层、垮 落及下沉，通过分析采面上覆岩层基本顶塑性区分布 范围以及破坏程度，即可对确定得出采面开采时初次 来压步距、周期来压步距情况。 从模拟结果得知，随着19106综放工作面不断推 进，采面上覆岩层在垂向应力作用下出现异动变形。 回采工作面推进至20m位置时，采面上覆基本顶未出 现破话；采面推进至40m位置时基本顶开始出现塑形 综放开采矿压显现规律研究 王健 王健大同煤矿集团地煤公司大同市焦煤矿有限责任公司 山西 怀仁 037300 摘要以19106综放工作面为研究对象，对采面开采过程中矿压显现规律进行研究，结果表明1）采面开采时超前支 承压力峰值约为18MPa，影响范围约为100m；2）采面初次来压步距约40m、周期来压步距约20m；3）现场实测得出的采 面周期来压步距与数值模拟结果类似，表明文中研究成果可以在一定程度上指导矿井生产。 关键词综放开采 模拟分析 现场实测 矿压显现 支承压力 （下转第292页） 科学管理 292 2020年第6期 站中使用的是日本生产的浸没燃烧式气化器，该气化 器的设计温度、压力分别为-170～65℃、13.9MPa，采 用仿串级控制系统调节水浴温度。 3.2 运行风险优化 由上可知，助燃空气供应系统、燃料气供应系 统、水浴加热系统是最长出现故障的三个方面，因 此在实际应用过程中，必须要对这些系统展开全面分 析，最大程度规避风险，避免出现跳车想象。以某 LNG接收站浸没燃烧式气化器的改造为例，对站内所 有的浸没燃烧式气化器进行了全面的优化，统一完成 FCVC改造，焊接固定扰流板，切实提高稳定性，同 时，对PID参数进行调节，将空燃比等各项数值设置在 合理范围内。不仅如此，针对冬季温度不均问题，落 实了保温措施，额外设置了电伴热系统，有效避免了 管道冻结情况。该LNG接收站还针对设备的腐蚀、损 坏制定了相应的维护制度，定期展开维护工作和修复 工作，最大程度降低腐蚀性问题带来的风险因素。结 合实际运行效率来看，只有全面规避运行风险，针对 风险展开相应的处理，才能够让浸没燃烧式气化器得 到更好的发展。 3.3 运行消耗优化 除了上述两个方面之外，在实际运行中，成本消 耗较高问题也要得到解决，借助数字化模拟系统，对 不同负荷下的浸没燃烧式气化器运行状态进行模拟， 寻找最优运行模式。分别采用了手动模式、中控室 调解模式等方式，在实验过程中的记录相应的数据情 况。从具体的运行数据来看，在手动控制模式下，能 够将水浴温度高值与废气甲烷含量低值控制在最有范 围内。经检测数据来看，手动控制浸没燃烧式气化 器，可以让其的处理能力提升至185t/h，运行过程中， 燃料气消耗量也会随之减少，至少可以降低20％。不 仅如此，在手动模式下，FCV振动幅度变小，系统的 经济性、稳定性均得到了显著地改善。总的来说，在 实际运行过程中，需要充分考虑到冬季等特殊季节以 及运行风险问题，以此切实提高运行效益[3]。 4 结束语 综上，LNG接收站作为国家天然气外输的主要源 头，供气可靠是社会发展对其提出的必然要求。而浸 没燃烧式气化器作为站内主要设备，自然应该得到重 视，结合实际案例分析来看，浸没燃烧式气化器热效 率高、结构紧凑、运行成本高，在实际应用过程中， 通过一定的优化设置，就可以得到更高的运行效益。 参考文献 [1] 王新 .LNG 接收站浸没燃烧式气化器运行优化 [J]. 建材与装饰， 2020（5） 210-211. 变形，破坏形式主要是剪切破坏，可以初步推断出在 此距离采面上覆岩层出现初次垮落，采面初次来压步 距约为40m；采面推进至80m位置时，采面上覆基本顶 塑性区破坏范围更为广泛，因此，推测在此距离时基 本顶再次破坏，采面周期来压步距约为20m。采面继 续推进至80m位置时，上覆基本顶塑性破坏区破坏类 型与推进至60m时接近，再次印证采面周期来压步距 约20m。 3 现场实测 在19160采面生产过程中，采用矿压监测系统对综 放支架工作阻力进行监测，具体采面在340m450m距 离时采面中部105号支架循环阻力监测情况见图3。 图2 放煤支架循环阻力监测结果 从上图看出，采面在340450m推进过程中，综 放支架工作阻力变化幅度明显，采面多次来压。以 10MPa作为采面来压判据，判定出周期来压步距在 18.925.1m，均值为22.5m。综放支架动压载荷系数在 1.122.53，均值1.68，采面开采时周期来压明显。现 场实测结果与数值模拟得出的周期来压步距约20m接 近。 4 结束语 1）数值模拟是常用的矿压显现研究手段，模拟得 出9号煤开采时采面倾斜方向上、中、下三个部位矿压 峰值为17.95MPa、18.23MPa及17.65MPa，对应影响范 围为96m、102m、94m，可以得出，厚煤层开采时超前 支承压力范围影响更广，随着采面斜长增加，在倾向 方向有一定差异，但不明显。 2）随着煤层不断开采，上覆岩层基本顶出现破 坏，顶板在垂向应力作用下开始出现下沉变形，采面 推进20m时基本顶未出现破坏，采面推进至40m时，基 本顶出现以剪切破坏为主的塑形破坏，可以推断，9号 煤初次来压步距约40m；采面继续推进至60m、80m位 置时基本顶均出现塑形变形，表明采面周期来压步距 约为20m。 3）采面中部105号支架循环阻力监测结果表明， 采面周期来压步距均值为22.5m，实测结果与采用数值 模拟得出结果较为吻合，表明，采用数值模拟手段研 究矿压显现规律是切实可行技术措施。 参考文献 [1] 秦东平 . 煤矿综放开采矿压显现规律实测分析 [J]. 煤炭科技， 2019， 40（06） 5-8. [2] 樊克松， 申宝宏 . 特厚煤层综放开采矿压显现规律 的采厚效应研究 [J]. 煤炭科学技术， 2019， 47（03） 239-243. [3] 王勇 . 综放开采矿压显现规律研究 [J]. 当代化工研 究， 2018（12） 73-74. （上接第285页）