综放工作面不同放煤工序岩体破断机理及数值模拟研究

霍瑜剑，田鹏州，付玲玲，魏勇齐

(河南省煤田地质局一队，河南 郑州 450000)

1 前言

放顶煤是厚煤层高产高效开采的最有效方式之一[1-2]。放顶煤开采主要采取沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采煤工作面，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出。放顶采煤法从80年代初首先由法国试验成功以来，已经成为开采5～20m厚煤层最可取的方法之一。但放顶煤开采时，会引起煤岩层大范围移动，在采动和煤体瓦斯压力耦合影响下，上覆岩层中采动裂隙场与原生裂隙场叠加，其时空演化规律极其复杂，瓦斯出现无序集聚、涌出[3-5]。在放煤过程中，支架上方顶煤和采空区之间的“空洞”常常构成瓦斯的聚集区，在采动应力的影响下，将导致瓦斯的集中涌出，当涌出量较大使巷道瓦斯浓度达到瓦斯爆炸极限时，将带来严重的安全隐患。因此，在放顶煤开采时应重点关注“空洞”区域瓦斯的浓度变化。而采用不同放煤工序放煤时，支架上方顶煤的采动应力状态及内部裂隙网络的发育情况存在很大差异，导致放煤过程中瓦斯的汇聚及涌出规律不同。此外，在煤层厚度不同时，“空洞”区域的大小、顶煤的采动应力状态及内部裂隙网络的发育情况也存在差异。因此，开展不同放煤工序条件下，顶煤煤岩体破坏机理及内部裂隙演化规律的研究，对于避免放顶煤引起瓦斯爆炸、放煤方式及回采工艺的优化具有重要的理论价值和工程指导意义[6-8]。……