摘要：深部煤层进行大采高综采过程中，较大的采高有利于煤层的高效开采，同时过大的采高对围岩的稳定性造成影响。为确定合理的大采高数值，采用仿真模拟的形式对四种不同采高时煤壁及超前巷道的变形进行分析，从而选取合理的采高，保证煤矿的高效安全开采。

　　关键词：深部煤层；大采高；变形；数值分析

　　0引言

　　我国具有大量的厚煤层资源，且煤层的埋藏深度较深，随着我国煤炭装备技术的发展，大采高综采成为深部厚煤层主要的开采方式，具有布置简单、采出率高的优点，且对于煤矿的瓦斯涌出及火灾防治安全具有较大的提升，可以提高煤矿的开采效率及安全性。进行深部厚煤层的大采高综采过程中，由于煤层的采高较大，在回采过程中会对岩层的应力造成破坏，使煤体产生较强的应力作用[1]，当超出极限强度时，由于煤块的脱落会造成煤壁的片帮，增加了工作面的来压，使煤岩的位移增加，对开采过程中支架的稳定性造成影响，增大了顶板管理的难度[2]。针对深部煤层大采高综采时合理采高的确定，采用仿真模拟的形式对围岩的运动规律进行分析，从而确定工作面的合理采高，提高煤矿开采效率的同时保证开采的安全性。

　　1深部煤层大采高综采分析模型的建立

　　厚煤层占据我国煤炭资源分布的大多数，以某深部煤层的开采为例进行分析，其中井田呈倾斜状分布，地层分布平缓，井田内褶曲发育充分，含有中、新生代断裂。所分析煤层421工作面煤层平均厚度为7m，底板标高为-560~-610 m，工作面走向长度为840 m。采用大采高综采的方式对煤层进行开采，通过数值仿真的方式对采高的高度进行分析。

　　FLAC 3D是常用的三维结构仿真分析软件，通过拉格朗日快速连续分析对岩层的相关力学及塑性变形进行分析，可广泛应用于岩土、采矿及边坡稳定等工程分析中。采用FLAC 3D进行煤岩变形分析，采用Mohr-Cooulonmb模型对煤岩进行模拟，Mohr-Cooulonmb模型基于库伦摩尔定律对松散胶结的颗粒材料进行模拟[3]，可适用于对煤岩的稳定性进行分析。

　　以所分析煤层工作面为例建立不同采高时的数值分析模型，设置煤层中X、Y、Z方向分别为工作面煤层的倾向、周向及竖直方向，设定模型的大小为400 m×300 m×120 m，模型的初始状态如图1所示。在数值分析模型中，顶部为自由边界，底部为固定边界，定编边界岩层的厚度以500 m计算，此时模型受到的垂直压应力作用为10.9 MPa，模型中各面受到水平位移的约束作用，水平方向初始压应力为5.6 MPa，煤层的主要组成包括泥质砂岩、粉砂岩、细砂岩、煤炭及泥岩[4]。其中煤炭的体积模量为1.8 GPa，剪切模量为2.75 GPa，抗拉强度为0.7 MPa，内摩擦角为25°,内聚力为2 MPa。

　　带采高综采过程中，随着采高的增加，使得工作面覆岩的运动及破坏规律产生变化，对工作面的围岩控制造成影响，从而影响煤矿的开采安全。对于不同的煤矿工作面，采高受到多种因素的影响，针对所分析的工作面，以开采覆岩的位移变化角度进行分析，选取工作面的采高分别为5.5、6、6.5、7 m进行工作面开采过程的分析[5]，从而选取合理的采高，提高煤矿开采的效率及安全性。

　　2大采高综采不同采高工作面位移的仿真分析

　　2.1工作面煤壁位移变形分析

　　在工作面综采推进过程中，对工作面的煤壁变形进行分析，选取采高为5.5m时的工况进行分析，对综采模型进行工作面走向方向的剖面查看，选取开采过程中煤壁的水平位移变化进行分析，此时的煤壁变形如图2所示。

　　从图2中可以看出，在进行深部煤层的开采过程中，沿着工作面走向，从煤壁边缘至煤体深部位置，煤壁的变形依次出现破碎区、塑性区、弹性区及原岩应力区，煤壁周边的煤体产生破坏最严重，降低了承载能力，变形产生破坏时存在片帮的风险。在图2中数值显示负数的区域表示煤壁受到拉应力产生的拉变形，其向采空区一侧发生破坏变形，是造成片帮的主要原因；数值显示正数的区域表示煤壁受到压应力产生的压变形。其他采高时，煤壁的水平变形与此类似，煤壁的变形主要分布在煤壁的中间及中上部位置[6]，煤体的变形量随着与煤壁距离的增加而减小；为研究不同采高对煤壁的破坏变形影响，以煤壁深度方向10 m范围对煤壁的变形量进行统计，得到如图3所示的曲线。

　　从图3中可以看出，在工作面大采高综采过程中，随着采高的增加，其所对应的煤壁的最大变形量逐渐增加，且煤壁变形量的增长率也不断增大，在采高由6.5 m增加至7 m的过程中，煤壁处的最大变形由150 mm急剧增加至200 mm，且此时对煤壁的破坏范围也急剧增加，这对于煤矿综采过程中煤壁的稳定控制是不利的。通过上述分析可知，进行深部煤层综采过程中，当开采高度大于6.5 m时则煤壁的变形及破坏范围存在较大的激增，不利于煤壁的控制，容易出现片帮的危险。

　　2.2工作面超前巷道位移变形分析

　　工作面开采过程中回采巷道受到叠加作用的影响产生变形，对采高5.5 m时超前巷道的位移变形进行分析，沿工作面推进方向巷道顶板中心线进行剖面，得到其变形分布如图4所示。

　　从图4中可以看出，在工作面推进过程中，采空区受到自身超前压力的作用，随超前巷道距离增加，巷道的变形量逐渐减小，最大值出现在距离工作面最近的位置处；其他采高时超前巷道的变形与此类似，为对比分析不同采高对超前巷道变形的影响作用，对超前巷道50 m范围内的顶板变形进行统计，得到如图5所示的变化曲线。

A

　　从图5中可以看出，随着工作面采高的增加，则超前巷道产生的最大顶板变形量不断增加，以采高5.5 m时的变形量最小；从图5中曲线的分布可以看出，在采高增加至6.5 m的过程中，超前巷道变形量的增加幅度较小，当采高大于6.5 m增加至7 m时，则超前巷道的最大变形量增长率变大，其变形量要远大于其他采高的变形。这说明，在采高增加指6.5m以上时，则对超前巷道的变形产生新的影响，使得其增加梯度快速增加，不利于顶板的稳定控制。

　　通过上述的分析可知，在工作面开采过程中，采高作为主要的开采参数，在采高增加时，煤壁的变形及超前巷道的变相随之增加，在采高大于6.5 m时，则煤壁及超前巷道的变形出现新的增长点，造成变形量的急剧增加，不利于煤岩及顶板的稳定控制。同时，为保证煤层具有良好的开采效率，保证开采工艺性，应选取开采高度为5.5 m实现高效安全开采。

　　3结论

　　1）深部厚煤层开采是我国煤炭资源开采面临的重要问题，采用大采高综采的方式可以实现高效的开采。在开采过程中，采高的大小对煤层开采的效率及安全具有重要的影响，以某深部厚煤层的开采为例，采用数值分析的形式以煤岩的变形控制为研究对象，对不同的采高进行分析。

　　2）建立不同采高的数值分析模型，对煤岩的水平位移变形及超前巷道的变形进行分析，结果表明，在采高增加过程中，煤岩的变形及破坏范围不断增加，超前巷道的变形也不断增加，且采高增加到6.5 m以上时，则变形量呈较大的激增，不利于围岩的稳定控制，应选取最大采高6.5 m保证煤层的高效稳定开采。

　　参考文献

　　[1]王强.大采高综采工作面煤壁片帮影响因素分析及控制措施探析[J].西部探矿工程，2022，34（12）：106-108.

　　[2]苏龙庆，张中腾，翟霄龙.超大采高综采智能开采技术研究与实践[J].山东煤炭科技，2022，40（11）：37-39.

　　[3]苏晓建.赵固二矿大采高综采工作面矿压显现规律研究[J].煤炭技术，2022，41（10）：82-84.

　　[4]郭瑞瑞，王文，王祖洸.神东矿区布尔台矿厚煤层开采方法优化及设备配套研究[J].煤炭科学技术，2022，50（Supple1）：14-22.

　　[5]伊永杰，王捞捞，朱卫兵.超大采高综采面覆岩结构对矿压显现的影响研究[J].煤炭科学技术，2022，50（Supple1）：42-47.

　　[6]田亮，毛小娃.张家峁煤矿大采高综采工作面末采工艺分析[J].能源技术与管理，2022，47（2）：53-55.