煤矿地质动力环境分析与控制研究_聂帅杰.pdf

图 18100 工作面推进模型煤矿地质动力环境分析与控制研究聂帅杰（山西焦煤西山煤电官地矿，山西太原030022）摘要：针对煤矿开采时随着工作面的推进其对应的矿压显现规律处于变化问题，以某矿 8100 工作面为例，在对其地质、煤层条件综合分析的基础上，基于数值模拟和实际测量两种方式对地质动力环境进行分析，并根据分析结果提出了围岩控制的优化方案。关键词：矿压规律；围岩活动；锚杆锚索；联合支护；顶板下沉中图分类号：TD350文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0060-030引言煤炭作为我国的主要一次性能源，在未来很长时间内其仍然在我国能源结构中占据主导地位。一直以来，煤矿安全生产备受企业和人员的关注。煤矿安全生产与工作面瓦斯浓度、设备的安全运行以及顶板两帮围岩的控制效果相关。对于工作面顶板围岩而言，除了采用液压支架对其顶板进行支护外，还需采用有效的围岩控制方案进一步保证煤矿的安全生产。一般情况，对煤矿地质的安全控制在很大程度上决定于对煤矿地质动力环境的掌握情况1。因此，本文将结合实际生产在对煤矿地质环境分析的基础上，包括对工作面围岩活动规律模拟和矿压显现规律实测提出相应的优化支护方案。1工程概况以山西某矿 8100（全文简称 8100）工作面的走向长度为 1 406 m，其中倾斜工作面的长度为 193 m；工作面整体呈现南北走向。经探测，工作面煤层的厚度范围为 3.7723.5 m，煤层平均厚度为 15.3 m；煤层的倾角范围为 23，平均倾角为 2.5。8100 工作面拟采用一次采全高放顶煤综合机械化开采方式，具体开采参数如下：采高为 3.9 m，放煤高度为 11.4 m；每天约推进工作面长度为 6.4 m。8100 工作面的顶底板地质条件如表 1 所示。2工作面围岩活动规律研究2.1工作面围岩活动规律的模拟研究为了充分掌握 8100 工作面的矿压显现规律，除了对现场矿压进行监测外，还可通过数值模拟和软件仿真计算对工作面掘进和开采期间矿压的显现规律进行分析。本文将基于 FLAC3D 软件对 8100 工作面围岩的矿压显现规律进行分析。结合表 1 中 8100 工作面顶底板地质条件在 FLAC3D 软件中建立仿真模型，所设计的模型的长度为 399 m，宽度为 300 m，高度为 90 m。为了保证仿真计算的全面性，同时减少仿真的计算量，需要对仿真模型进行不等分划分单元。所建立的 8100 工作面的推进模型如图 1 所示。根据 8100 工作面顶底板地质条件对工作面推进模型中的密度、体积模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力以及抗拉强度进行设置2。根据仿真需求将模型的单元网格划分为 660 157 个，节点划分为 695 656 个。对工作面推进 10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m、70 m、80 m、90 m、100 m 时，距离工作面不同距离对应侧超前支撑压力如表 2 所示。如表 2 所示，随着工作面的不断推进，在距离工作面不同距离位置对应的超前支承压力呈现动态变化状态，主要经历了支承压力的形成、发展和稳定三个阶段。具体分析可知：当工作面推进 60 m 以后，工作面所承受的超前支承压力的峰值趋于稳定，均值为30 MPa 左右。总的来讲，在 60 m 的岩石区域其主要表现为原岩应力区3，因此，8100 工作面的支护距离收稿日期：2022-03-23作者简介：聂帅杰（1986），男，山西寿阳人，本科，毕业于辽宁工程技术大学地质工程专业，矿山地质与测量工程师，从事地测工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.023表 18100 工作面顶底板地质条件顶底板类型岩石名称厚度范围/m备注老顶含砾粗砂岩2.28.3主要以石英和长石为主；砾的最大直径为 4 cm，呈现孔隙充水的状态直接顶砂质泥岩炭质泥岩0.86.5岩层较脆且容易破碎，断口较为平坦，且层理呈现发育状态直接底炭质泥岩粉砂岩0.54.9岩层脆性较大且容易破碎，中间夹杂有部分较薄层的煤屑表 2工作面推进 60 m 前方超前支撑压力测试结果Block Group老底直接底煤直接顶老顶覆岩 1覆岩 2覆岩 3覆岩 4覆岩 5覆岩 6覆岩 7覆岩 8距离工作面距离/m01013203040506070超前支撑压力/MPa1.214.3 30.1 27.1 24.6 22.1 20.6 19.1 18.2试（实）验研究2023 年第 5 期应大于 60 m。同理，得出工作面采空侧向支承压力与距离采空区距离之间的关系，如图 2 所示。如图 3 所示，随着距离采空区距离的增加，采空侧所承受的侧向支承力表现为先增大后减小，最后趋于平稳的变化趋势。当距离采空区的距离为 50 m 以后，采空区的垂直应力呈现平稳趋势，说明 50 m 以后为原岩应力区。2.2工作面矿压显现规律实测研究上述数值模拟仿真结果，可为后续设计煤矿地质的控制提供一定的依据。为能够实现对煤矿地质环境的有效控制，还需对工作面的矿压显现规律进行实际测定。根据 8100 工作面液压支架的布置情况，整个工作面共布置了 11 个压力分机。针对工作面矿压显现规律的监测需求，对上述 11 个压力分机的数据进行采集，该压力分机可对液压支架前柱和后柱的压力进行监测。根据监测所得的数据，重点对支架初撑力的分布规律、液压支架最大工作阻力的分布规律、初撑力和工作阻力之间的关系等进行分析，并总结如下：1）工作面液压支架的最大工作阻力较大，导致现场液压支架初撑力的合格率偏低；2）液压支架的最大工作阻力与其初撑力之间呈现线性变化的关系；3）工作面推进 270 m 时，基本顶的来压较为明显。3工作面矿压显现的控制研究从上述研究可知，随着工作面的不断推进，工作面所面临的矿压显现规律处于变化状态。在实际生产中，除了可以采用常规的卸压爆破、钻孔卸压、煤层注水以及让压支护等控制措施外，还需根据实际情况对回采巷道进行优化支护4。经实践表明，对锚杆锚索联合支护方案中，对锚杆或者锚索间距进行优化可达到明显的支护强化效果。因此，本文重点对锚杆、锚索间排距进行优化，所采用锚杆的直径为 20 mm，其中顶板锚杆的长度为3.1 m，两帮锚杆的长度为 2.5 m；所配套锚索的直径为17.8 mm，锚索长度为 8.3 m。本文将采用定量分析法对锚索、锚杆间排距进行优化，并通过衡量顶板的下沉量为判断标准得出最佳方案。以顶板锚杆间排距的优化为例，当两帮间排距为 900 mm800 mm，锚索间排距为 2 400 mm1 600 mm 时，对顶板锚杆间排距分别为 800 mm800 mm、800 mm900 mm、800 mm1 000 mm 以及900 mm900 mm 对应的顶板下沉量进行对比，结果如表 2 所示。如表 2 所示，当顶板锚杆间排距为 900 mm900 mm 对应的顶板下沉量最小，为 150 mm。同理得出，两帮锚杆的最佳间排距为 900 mm900 mm；锚索的最佳间排距为 1 800 mm1 800 mm。具体对应的支护方案如图 3 所示。4结论安全一直是煤矿生产备受关注的话题，尤其是随着工作面的不断推进其所面临的矿压显现规律与在最初开采使其存在较大的差异5。因此，结合实际生产工况对工作面的地质环境进行分析，并对其矿压显现规律进行实际测量以充分掌握工作面的地质情况尤为重要。本文重点对 8100 工作面的地质环境进行仿真并实测分析，并根据分析结果确定该工作面的最佳支护方案。1）工作面液压支架的最大工作阻力较大，导致现场液压支架初撑力的合格率偏低；液压支架的最大工作阻力与其初撑力之间呈现线性变化的关系；工作面推进 270 m 时，基本顶的来压较为明显。2）经优化设计后，锚杆锚索的最佳间排距参数如下：顶板锚杆间排距为 900 mm900 mm、两帮锚杆间排距为 900 mm900 mm、锚索间排距为 1 800 mm1 800 mm。图 2采空侧向支承力与距离采空区距离之间的关系表 2不同顶板锚杆间排距对应顶板下沉量顶板锚杆间排距/mm顶板下沉量/mm8008003308009004808001 000570900900150图 3工作面具体支护示意图（mm）5 5005 3009009005002 5003 6006009009009005003 1008 30070聂帅杰：煤矿地质动力环境分析与控制研究2520151050垂直应力/MPa0102030405060708090100距采空区距离/m61山西冶金E-mail:第 46 卷The Effect of Welding Parameters on Welding Performance of Magnesium AlloyLiu Zhiquan（Wuwei Tianzhu Jinqiang Industrial Concentration Zone Management Committee,Wuwei Gansu 733299）Abstract:In order to further understand the influence of welding parameters on the welding performance of magnesium content alloys andimprove the application of magnesium alloys in industry.Using magnesium alloy as the base material and welding wire as the main object,areasonable welding equipment was selected through the construction of experimental plans to study the impact of dual arc welding processparameters on the weld seam.The focus was on the effects of main current,bypass current,and welding voltage on the weld seam morphologycharacteristics,tensile strength,and other parameters.Through experiments,the optimal welding parameters were obtained,providingtheoretical guidance for the future welding application of magnesium alloys.Key words:magnesium alloy;double arc welding;tensile strength;weld morphology characteristics;main current法和离子交换法对含铊废水进行处理，并对处理结果进行对比分析。结果显示：共沉絮凝法在含铊废水处理方面所取得的效果相对较优，且在成本上的优势也较为突出，适宜在后续的处理工艺中逐步推广应用。参考文献1王红吉，王昕，金忠.湿法炼锌工业含铊废水处理技术应用实践J.中国有色冶金，2022，51（3）：105-111.2段雄伟，周姣连，陈玉婷，等.铅冶炼含铊废水处理生产实践J.湖南有色金属，2022，38（1）：57-59；74.3伍思扬，卢然，王宁，等.我国钢铁行业废水铊污染现状及防治对策J.现代化工，2021，41（8）：12-15.4卢然，王夏晖，伍思扬，等.我国铅锌冶炼工业废水铊污染状况与处理技术J.环境工程技术学报，2021，11（4）：763-768.5张恒明.冶炼公司硫酸厂含铊废水深度处理中试研究J.硫酸工业，2021（3