综放开采矿压显现规律研究.pdf

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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)
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