(3) 9煤工作面开挖后 ,两工作面中间的遗留煤 柱产生应力集中 ,其垂直应力分布图略 。沿岩层倾 斜方向 ,较低一侧的应力集中程度远大于另一侧 ,即 模型中工作面煤层采出 ,上方覆岩垮落后 ,应力向煤 柱转移 ,而煤柱有一定的倾角 ,集中应力有向煤柱较 低一侧转移的趋势 。 ( 4) 9 煤工作面开挖后 ,上覆岩层垮落 ,左侧工 作面采空区两侧覆岩垮落角分别为 54°、60°; 右侧 工作面采空区两侧垮落角分别为 50°、48°。两工作 面中间煤柱由于工作面开采后集中应力的重叠而应 力集中程度相对较大 ,对覆岩的垮落角也有比较明 显的影响 ,两工作面靠近煤柱处的垮落角均大于另 一实体煤侧的垮落角 。
基金项目 : 国家自然科学基金重点资助项目 ( 50834004 ) ; 中国矿业 大学科技资金资助项目 (2007B003)
制的关键层理论 ,采用 UDEC计算机数值模拟的方 法 ,对上煤层开采完毕后采空区及遗留煤柱应力分 布规律进行研究 。
(1) 9煤层工作面开挖后 ,上覆岩层垮落 。在两 工作面中间煤柱上产生应力集中 ,遗留煤柱应力集 中系数最大为 2. 3,且应力最大值在煤柱水平标高 较低一侧 。工作面采空区边缘实体煤一侧也产生应 力集中 ,应力集中系数约 1. 4,其中左侧工作面采空 区的应力集中程度较大 (图略 ) 。 (2) 9煤两工作面开挖后 ,水平应力在两工作面 中间遗留煤柱产生集中程度较大 ,而在两工作面采 空区实体煤一侧集中程度较小 。
1 矿井概况
木瓜井田位于吕梁太行断块 、吕梁山穹隆离石 复式向斜北端 ,井田总体为一向北西 —北西西倾的 单斜构造 ,地层倾角 3°～11°,其内有宽缓起伏 。井 田内仅见数条正断层 ,最大落差 4. 8 m。井田内见 有 1 个陷落柱 ,未见岩浆岩 ,构造简单 。 9 煤与 10 煤层间距在西二盘区只有 2～10 m ,层间距较小 ,上 部 9煤已采空 ,工作面倾斜长度平均为 150 m ,各工 作面之间留设 20 m 宽的煤柱 。
北辰煤矿混合井井深 238 m ,用来上下人员 、提 升煤炭 、矸石和材料设备 ,提升机是原洛阳矿山机械 厂生产的 2JK - 2. 5 /11. 5型 ,选用高压绕线异步电 动机 ,功率为 330 kW ,绞车电控是洛矿 1992年生产 的型号为 TKD 型电控系统 ,采用串电阻调速的交流 绕线转子异步电动机拖动方式 ,高压换向采用湘潭 产的 CT12 - 400型空气接触器 ,转子调速用交流接 触器切换外加电阻 。这种电控设备的控制环节是采 用继电器 (接触器 )等元器件用逻辑电路组成的有 触点控制盘 ,配以为完成速度闭环控制用的磁放大 器 ,单闭环自动控制器等元器件组成硬接线式的电 气控制系统 ,完成提升过程的控制任务 。这种绞车 电控由于设计时期的整体技术水平和使用元器件特 性的限制 ,存在许多先天性的缺陷 ,直接影响了提升 设备的技术性能 ,经常出现提升机电控故障 ,既不能
整个电控系统使用元器件多 ,元器件之间连线 复杂 ,各输入 、输出控制接点在电路中是串联和并联 关系 ,各控制触点容易受电弧侵蚀和环境氧化而损 坏 ,每个节点的通断情况不能采用某种手段进行监 视 ,当出现故障时 ,全凭维修人员的经验去判断查找 事故点 ,使事故处理时间太长 。据北辰煤矿从 2005 年 11月到 2008年 11月 3a来的影响生产的非人身
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煤 矿 安 全 ( Total 418) 技术经验
近距离煤层回采巷道合理布置方案
黄艳利 1, 2 ,张吉雄 1, 2 ,范 军 1, 2 ,巨 峰 1, 2 ,安泰龙 1, 2
(1. 中国矿业大学 矿业工程学院 ,江苏 徐州 221116; 2. 煤炭资源与安全开采国家重点实验室 ,江苏 徐州 221008)
图 2 煤柱集中应力影响边界线
随着远离煤层 ,向底板中的深度愈大 ,产生的垂 直应力愈小 ,认为 0. 1 p大小的应力对巷道的影响 是可以忽略的 ,因此可以确定煤柱的应力影响边界 在 0.0 ≥ ( h1 + h2 ) tanθ
2 上层煤采空区及遗留煤柱应力分布规律
UDEC 是一种基于连续体模拟离散单元的二维 数值计算程序 ,主要模拟静载或动载条件下非连续 介质 (如节理块体 ) 的力学行为特征 ,非连续介质是 通过离块体的组合来反映的 , 节理被当作块体间的 边界条件来处理 ,允许对块体沿节理面运动及回转 。 UDEC 有丰富的材料特性模型 ,从而允许模拟不连 续的地质或相近材料的力学行为特征 。基于岩层控
3 下煤层回采巷道布置方案
3. 1 上下煤层回采巷道合理内错距确定 近距离煤层开采过程中 ,上煤层开采时煤柱的
留设导致下煤层应力的重新分布 ,其分布曲线如图
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根据弹性力学中半平面问题的求解结果 ,可知 在均布载荷条件下煤层底板的应力分布规律 ,由图 1可知 ,煤柱压力在煤层底板岩层内传递是由近及 远 ,由大到小的 。应力在煤层底板岩层内将传递相 当远的范围 ,而且随着远离煤层而逐渐衰减 ,其应力 影响范围可以简化为两条直线包络下的范围 ,如图 2所示 。
- 110工作面回采巷道 、10 - 108 工作面回采巷道 、
10 - 106 工作面回采巷道 、10 - 102 工作面回采巷 道。
4 结 论
(1) 9煤层工作面开挖后 ,在两工作面中间煤柱 上产生应力集中 ,遗留煤柱应力集中系数最大为 2. 3,
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类与支护参数决策 〔J 〕. 岩石力学与工程学报 , 1999, 18 (1) : 81 - 85. 〔4〕 张百胜 ,杨双锁. 极近距离煤层回采巷道合理位置确 定方法探讨〔J〕. 岩石力学与工程学报 , 2008, 27 ( 1) : 97 - 101. 〔5〕 马全礼 ,李 洪 ,白景志. 极近距离下位煤层工作面巷 道布置及其支 护 方 式 〔J 〕. 煤 炭 科 学 技 术 , 2006, 34 (9) : 37 - 39. 〔6〕 石建新. 底板巷道合理位置确定方法的探讨 〔J 〕. 煤 炭工程师 , 1994, (3) : 17 - 19. 〔7〕 王海山 ,强岱民 ,任守忠. 近距离煤层同采工作面的合 理错距〔J〕. 煤矿安全 , 2002, 33 (11) : 26 - 28.
Ln =L0 - B
(2)
式中 Ln ———10煤层巷道的内错距 , m; B ———9煤层巷道宽度 ,取 3. 6 m。
代入数据得 : Ln ≥10. 3 m。
由上可知 ,为避免 9煤层遗留煤柱集中应力的
影响 , 10煤层回采巷道与 9煤层巷道的内错距最小
应为 10. 3 m ,考虑到一定的安全系数 ( 1. 5 倍 ) ,内
错距确定为 ≥15 m。 3. 2 回采巷道布置方案优化
根据研究区域的地质特点 ,确定 10煤盘区巷道 布置方式为联合布置 ,工作面巷道布置方式为内错 布置 ,确定合理的内错距离为 15 m ,宜先采 (掘 )层
间距较厚的区域 ,后采 (掘 )层间距较薄的区域 。最
终确定研究区域的回采巷道开采 (掘进 )顺序为 : 10
参考文献 :
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〔3〕 蒋金泉 ,冯增强 ,韩继胜. 跨采巷道围岩结构稳定性分
保证提升人员的安全性 ,又因事故率高影响了原煤 生产而不能实现矿井生产的经济 、高效性 ,也不适应 当前矿井提升自动化和装备 、管理现代化的要求 。 因此对该绞车的电控系统进行改造很有必要 。
1 原绞车电控系统存在的缺陷
(1)原电控系统工作可靠性差 ,故障率高 ,处理 故障时间长 ,经常制约原煤生产 。
近距离厚煤层群在开采过程中 ,引起回采空间 周围岩层应力重新分布 ,不仅在回采空间周围的煤 柱上易造成应力集中 ,而且该应力将向底板岩层深 部传递 ,造成布置在底板岩层中或近距离厚煤层中 的巷道变形急剧增大 ,因此上下层工作面的位置关 系与回采巷道布置的问题是一个难题 ,如巷道布置 不合理 ,巷道位于高应力区或松软的岩层中 ,底板巷 道的维护将会发生很大困难 ,这已成为近距离煤层 安全开采的一个显著难题〔1 - 4〕。
图 1 煤柱底板支承压力等压分布
鉴于上下煤层之间的影响关系 ,在下煤层回采 巷道的布置过程中 ,回采巷道位置的选择主要取决 于上煤层煤柱的应力影响情况 。在巷道的内错布置 方案中 ,定义上煤层巷道与下煤层巷道之间的水平 距离为内错距 ,用来衡量分层开采时下层煤回采巷 道的布置位置 。内错距作为近距离煤层开采过程中 一个重要的参量 ,对下煤层巷道布置有着至关重要 的影响 。
摘 要 :针对木瓜煤矿近距离煤层采空区 、遗留煤柱下回采工作面巷道布置的技术难题 ,基于岩 层控制的关键层理论 ,采用 UDEC计算机数值模拟的方法 ,对上煤层开采后采空区及遗留煤柱应 力分布规律进行了分析 ,并通过理论计算的方法确定了下煤层工作面合理内错距离 ,优化了近距 离下煤层回采巷道布置方案 ,解决了下煤层回采巷道布置 、矿井接替紧张的难题 。 关键词 :近距离煤层 ;巷道布置 ;数值模拟 ;内错距离 中图分类号 : TD263. 5 + 3 文献标识码 : B 文章编号 : 1003 - 496X (2009) 09 - 0066 - 03
技术经验 煤 矿 安 全 (2009 - 09)
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1所示 。
结合木瓜矿的具体地质条件 ,在分析 9 煤开采 对 10煤的影响关系时 ,取影响角 θ= 40°。由图 3可 知 , 10煤层的巷道必须布置在支承压力影响线外的 煤层中 ,才能避开 9煤留设煤柱压力的影响 ,即要满 足式 (1) (图 3中 Ln 为 10煤层巷道的内错距 ) 。