刀把式采場(chǎng)頂板空間結(jié)構(gòu)模型及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工作面斜長發(fā)生突變的刀把式采場(chǎng)安全開采領(lǐng)域，具體為一種刀把式采場(chǎng)頂板空間結(jié)構(gòu)模型及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著采煤方法的多元化和開采環(huán)境的復(fù)雜化，不規(guī)則采場(chǎng)的煤層開采現(xiàn)象增多。以工作面斜長發(fā)生突變的刀把式采場(chǎng)的出現(xiàn)成為了一種趨勢(shì)，我國許多礦區(qū)相繼出現(xiàn)了此類變長工作面，如河北的開灤煤礦、大同的四臺(tái)煤礦、潞安的石圪節(jié)礦、雞西的正陽煤礦、寧夏的靈新煤礦、徐州的權(quán)臺(tái)煤礦、濟(jì)寧的唐口煤礦、平頂山的平煤一礦、新汶的潘西煤礦、淮南的潘謝礦區(qū)、淮北的許疃煤礦、六盤水的水城礦區(qū)以及內(nèi)蒙的神東礦區(qū)等。
[0003]刀把式采場(chǎng)的普遍存在導(dǎo)致了煤層開采的復(fù)雜性和多變性，引起深部采動(dòng)含瓦斯煤巖體非線性破裂的劇烈程度增強(qiáng)，誘發(fā)破斷煤巖中瓦斯卸壓解吸的不規(guī)則性、分散流動(dòng)的不均衡性以及凝結(jié)富集的不規(guī)律性，增加了低滲透度強(qiáng)吸附性高瓦斯煤層群的開采難度，對(duì)煤與瓦斯共采技術(shù)的合理應(yīng)用提出了更高要求。同時(shí)刀把式采場(chǎng)的覆巖空間結(jié)構(gòu)更加多樣化，圍巖破壞形態(tài)較不規(guī)則，應(yīng)力演化過程更加復(fù)雜多變，與正規(guī)采場(chǎng)相比表現(xiàn)出獨(dú)特的發(fā)展規(guī)律和時(shí)效特征。而采場(chǎng)覆巖的運(yùn)動(dòng)形式多與頂板結(jié)構(gòu)有關(guān)，頂板結(jié)構(gòu)受巖層屬性、層位關(guān)系、節(jié)理裂隙、厚度強(qiáng)度等因素制約表現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)特征，因此掌握采場(chǎng)覆巖的空間結(jié)構(gòu)及頂板破斷規(guī)律是制定頂板控制決策的關(guān)鍵因素。
[0004]為了全面系統(tǒng)地研究變面長采場(chǎng)覆巖的運(yùn)移規(guī)律與礦壓顯現(xiàn)特征，探究刀把式采場(chǎng)覆巖空間結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分布的動(dòng)態(tài)演化關(guān)系，透析刀把式采場(chǎng)頂板破斷的力學(xué)機(jī)理與巖層垮落的時(shí)空效應(yīng)，必須建立全新的刀把式采場(chǎng)頂板的空間結(jié)構(gòu)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明突破了原有采煤工作面頂板結(jié)構(gòu)的固有模式，建立了一種變面長條件下煤層安全開采、巖層動(dòng)態(tài)防控、采掘獨(dú)特新穎的刀把式采場(chǎng)頂板空間結(jié)構(gòu)模型及控制方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:所述的刀把式采場(chǎng)頂板空間結(jié)構(gòu)模型，由小面采場(chǎng)、變面采場(chǎng)、大面采場(chǎng)三個(gè)采面組成，經(jīng)歷緩壓靜采區(qū)、異壓變采區(qū)、增壓動(dòng)采區(qū)三個(gè)發(fā)展階段，對(duì)應(yīng)的覆巖結(jié)構(gòu)依次由緩壓型結(jié)構(gòu)、突變型結(jié)構(gòu)、增壓型結(jié)構(gòu)傳遞轉(zhuǎn)變；所述的小面采場(chǎng)面長較短且走向布置長度偏小，工作面正常推進(jìn)過程中頂板來壓緩和，礦壓顯現(xiàn)平和，煤層開采相對(duì)“安靜”，處于緩壓靜采區(qū)階段，對(duì)應(yīng)覆巖結(jié)構(gòu)為緩壓型結(jié)構(gòu)，頂板破斷形態(tài)較為規(guī)則，采動(dòng)影響頗為規(guī)律；所述的變面采場(chǎng)受斜長由小變大的面長變化影響，在銜接面接替的狹小區(qū)段內(nèi)頂板來壓異常，靜壓轉(zhuǎn)化為動(dòng)壓，覆巖活動(dòng)頻繁，礦壓顯現(xiàn)劇烈，煤層開采進(jìn)入“變采期”，處于異壓變采區(qū)階段，對(duì)應(yīng)覆巖結(jié)構(gòu)為突變型結(jié)構(gòu)，頂板集中破斷現(xiàn)象明顯，鉸接破斷急促，時(shí)間短空間大范圍廣，來壓異常猛烈，有沖擊傾向性，呈現(xiàn)出三維空間的瞬時(shí)破壞特點(diǎn)；所述的大面采場(chǎng)為大采高長距離工作面，當(dāng)工作面跨越小面進(jìn)入大面以后，由于受到過渡區(qū)巖層結(jié)構(gòu)的調(diào)整限制和能量釋放的沖擊作用，采動(dòng)影響依然強(qiáng)烈，動(dòng)壓數(shù)倍于靜壓，頂板來壓動(dòng)態(tài)發(fā)展，覆巖持續(xù)密集活動(dòng)，礦壓顯現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)有增無減，煤層開采進(jìn)入增壓動(dòng)采區(qū)階段，對(duì)應(yīng)覆巖結(jié)構(gòu)為增壓型結(jié)構(gòu)，覆巖延展趨勢(shì)明顯，頂板結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)分區(qū)迀移的階段式動(dòng)態(tài)破壞特征。
[0007]所述的刀把式采場(chǎng)頂板空間結(jié)構(gòu)模型的控制方法，包括時(shí)間模式和空間模式兩大基本模式，兩大模式分別對(duì)小面采場(chǎng)、變面采場(chǎng)和大面采場(chǎng)進(jìn)行具體的有針對(duì)性的頂板控制；每個(gè)模式包含三種主要措施，時(shí)間模式包含小面采場(chǎng)的前期預(yù)防、變面采場(chǎng)的中期控制和大面采場(chǎng)的后期維護(hù)三種措施，空間模式包含小面采場(chǎng)、變面采場(chǎng)、大面采場(chǎng)三個(gè)采面的分區(qū)預(yù)防、分段控制和全程監(jiān)控三種措施；每種措施下又分別對(duì)應(yīng)具體采用的關(guān)鍵技術(shù)，以刀把式采場(chǎng)頂板控制的時(shí)間模式分析，小面采場(chǎng)的前期預(yù)防階段頂板管理以預(yù)防為主，工作面實(shí)行快速開采技術(shù)，逐步移架式向前推進(jìn)；變面采場(chǎng)的中期控制階段頂板管理以控制為主，工作面采用緩速開采技術(shù)，巷道斷面進(jìn)行及時(shí)調(diào)架補(bǔ)掘，穩(wěn)步平移式向前推進(jìn)；大面采場(chǎng)的后期維護(hù)階段頂板管理以維護(hù)為主，工作面采用勻速開采技術(shù)，支架進(jìn)行整體補(bǔ)架轉(zhuǎn)接，動(dòng)態(tài)擴(kuò)展式向前推進(jìn)；以刀把式采場(chǎng)頂板控制的空間模式分析，工作面由小面采場(chǎng)至變面采場(chǎng)再到大面采場(chǎng)整個(gè)推進(jìn)期間都需采用全程監(jiān)管督采，防患于未然，全程規(guī)避隱患；各采面實(shí)行分區(qū)漸進(jìn)調(diào)采，具體區(qū)域具體對(duì)待，不同區(qū)段采取靈活機(jī)動(dòng)的開采方法，轉(zhuǎn)變回采思路，調(diào)整采掘技術(shù)；工作面對(duì)接區(qū)需做好過渡性接續(xù)工作，實(shí)行分段順接跟采，細(xì)化頂板防控措施，強(qiáng)化圍巖控制效果；刀把式采場(chǎng)頂板控制的基本模式、主要措施和關(guān)鍵技術(shù)環(huán)環(huán)相扣，密切配合，協(xié)同作用，從而建立起刀把式采場(chǎng)“預(yù)防-控制-維護(hù)-監(jiān)控”多重機(jī)制的頂板時(shí)空防控體系。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:刀把式采場(chǎng)頂板空間結(jié)構(gòu)模型的建立揭示了變面長采場(chǎng)覆巖結(jié)構(gòu)具有不同于正規(guī)采場(chǎng)的獨(dú)特空間賦存特征，提出了突變型采場(chǎng)巖層運(yùn)移遵循的結(jié)構(gòu)模式和活動(dòng)原則，得到了刀把式采場(chǎng)頂板瞬時(shí)突變、分段延伸和分區(qū)迀移的時(shí)空演化規(guī)律和動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制，為刀把式米場(chǎng)的頂板管理、災(zāi)害防控和安全高效開米提供了重要保證。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明刀把式采場(chǎng)頂板空間結(jié)構(gòu)模型的平面示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明刀把式采場(chǎng)頂板空間結(jié)構(gòu)模型的控制方法示意圖。
[0011]圖中，小面采場(chǎng)1、變面采場(chǎng)2、大面采場(chǎng)3、緩壓靜采區(qū)4、異壓變采區(qū)5、增壓動(dòng)采區(qū)6、緩壓型結(jié)構(gòu)7、突變型結(jié)構(gòu)8和增壓型結(jié)構(gòu)9。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施過程作進(jìn)一步詳述:
如圖1所示，本發(fā)明由由小面采場(chǎng)1、變面采場(chǎng)2、大面采場(chǎng)3三個(gè)采面組成，經(jīng)歷緩壓靜采區(qū)4、異壓變采區(qū)5、增壓動(dòng)采區(qū)6三個(gè)發(fā)展階段，對(duì)應(yīng)的覆巖結(jié)構(gòu)依次由緩壓型結(jié)構(gòu)7、突變型結(jié)構(gòu)8、增壓型結(jié)構(gòu)9傳遞轉(zhuǎn)變。
[0013]小面采場(chǎng)I面長較短且走向布置長度偏小，工作面正常推進(jìn)過程中頂板來壓緩和，礦壓顯現(xiàn)平和，煤層開采相對(duì)“安靜”，處于緩壓靜采區(qū)4階段，對(duì)應(yīng)覆巖結(jié)構(gòu)為緩壓型結(jié)構(gòu)7，頂板破斷形態(tài)較為規(guī)則，采動(dòng)影響頗為規(guī)律。
[0014]變面采場(chǎng)2受斜長由小變大的面長變化影響，在銜接面接替的狹小區(qū)段內(nèi)頂板來壓異常，靜壓轉(zhuǎn)化為動(dòng)壓，覆巖活動(dòng)頻繁，礦壓顯現(xiàn)劇烈，煤層開采進(jìn)入“變