综采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响规律

综采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响规律

高志强

国家能源集团神东煤炭集团 陕西省  榆林市719315

摘要：本文主要研究了综合采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响规律。通过对不同回采速度条件下的模拟实验和现场观测，分析了回采速度对基本顶初次断裂位置、断裂强度和断裂失稳的影响。研究结果表明，回采速度的增加会使得基本顶初次断裂位置向工作面推进方向移动，同时断裂强度降低，断裂失稳的风险增加。这些结果对于指导煤矿生产，提高回采效率，降低安全生产风险具有重要意义。

关键词：综采面回采速度；基本顶初次断裂；规律分析

引言

综合采面回采速度是煤矿生产中的一个重要参数，它直接影响到煤矿的生产效率和安全生产。近年来，随着煤矿生产技术的不断发展，综合采面的回采速度逐渐增加。然而，回采速度的增加也会对煤矿的安全生产带来一定的风险，特别是对基本顶的初次断裂失稳行为。基本顶的初次断裂失稳是煤矿生产中常见的一种安全事故，它会导致工作面顶板的大规模下沉和垮落，严重时甚至会导致整个工作面的破坏。因此，研究综合采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响规律，对于指导煤矿生产，提高回采效率，降低安全生产风险具有重要意义。

一、综采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响分析

1.1 理论分析

基本顶断裂失稳是指在综采工作面，由于采动影响，基本顶在一定条件下发生断裂、失稳的现象。其力学原理主要包括弹性力学、塑性力学和岩石力学等方面。基本顶的断裂通常是由于采动引起的应力集中和能量积累，当应力超过基本顶的强度时，基本顶将发生断裂。

综采面回采速度是指采煤机在单位时间内切割煤层的速度。回采速度对基本顶断裂失稳的影响主要表现在以下几个方面：回采速度的增加会使得基本顶的受力状态发生变化，导致应力集中区域发生变化，从而影响基本顶的断裂位置和断裂形态。回采速度的增加会加快基本顶的断裂过程，使得断裂发生得更加突然和剧烈，从而增加基本顶断裂失稳的风险。回采速度的增加会使得基本顶的断裂面更加粗糙，从而增加基本顶的抗剪强度，降低断裂失稳的可能性。

1.2数值模拟

1.2.1模型建立

为了研究综采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响，我们建立了数值模拟模型。模型主要包括煤层、基本顶、直接顶和底板等部分，采用弹塑性模型进行模拟。在模型中，综采面回采速度通过调整采煤机的切割速度来实现。

1.2.2模拟结果及分析

通过数值模拟，我们得到了不同回采速度下基本顶的应力分布、位移场和断裂形态等结果。随着回采速度的增加，基本顶的应力集中区域向煤层底部移动，应力水平也有所增加。回采速度的增加使得基本顶的位移量增加，尤其是在煤层底部和基本顶与直接顶的接触面附近。回采速度的增加使得基本顶的断裂形态更加复杂，断裂面更加粗糙。

1.3现场试验

1.3.1试验方案设计

现场试验是在实际综采工作面进行的。试验主要包括以下内容：调整综采面的回采速度，记录不同回采速度下基本顶的断裂情况。收集基本顶的力学参数，包括抗拉强度、抗剪强度等。收集基本顶的断裂形态、断裂位置等数据。

1.3.2试验数据收集与处理

通过现场试验，我们收集了不同回采速度下基本顶的断裂情况、力学参数等数据。并对数据进行了整理和分析，得出了不同回采速度下基本顶断裂失稳的规律。

1.3.3试验结果分析

通过现场试验，我们得到了以下结论：综采面回采速度的增加会使得基本顶的断裂位置向煤层底部移动，断裂形态更加复杂。综采面回采速度的增加会使得基本顶的断裂强度增加，断裂失稳的风险也有所增加。综采面回采速度的增加会使得基本顶的断裂面更加粗糙，从而增加基本顶的抗剪强度，降低断裂失稳的可能性。

二、综采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响规律

2.1 综采面回采速度与基本顶断裂时间的关系

综采面回采速度对基本顶断裂时间具有显著影响。当回采速度增加时，基本顶断裂时间缩短。这是因为回采速度的提高导致顶板压力迅速释放，从而加速了基本顶的断裂过程。此外，回采速度的增加还会使得顶板压力分布更加均匀，进一步缩短基本顶断裂时间。

2.2 综采面回采速度与基本顶断裂位置的关系

综采面回采速度对基本顶断裂位置也有显著影响。当回采速度增加时，基本顶断裂位置向上移动。这是因为回采速度的提高使得顶板压力分布更加均匀，从而使得基本顶在较高位置发生断裂。此外，回采速度的增加还会导致顶板弯曲程度增大，进一步促使基本顶断裂位置向上移动。

2.3 综采面回采速度与基本顶断裂强度的关系

综采面回采速度对基本顶断裂强度具有显著影响。当回采速度增加时，基本顶断裂强度降低。这是因为回采速度的提高导致顶板压力迅速释放，从而降低了基本顶的断裂强度。此外，回采速度的增加还会使得顶板压力分布更加均匀，进一步降低基本顶断裂强度。

综上所述，综采面回采速度对基本顶初次断裂失稳具有显著影响，表现在断裂时间缩短、断裂位置向上移动以及断裂强度降低等方面。这些规律对于指导煤矿生产实践具有重要意义，有助于提高综采面生产效率和安全性。

三、研究成果分析

3.1 研究成果总结

本研究围绕综采面回采速度对基本顶初次断裂失稳的影响规律进行了深入探讨，通过理论分析、现场观测和数值模拟等多种方法，取得了以下研究成果：

理论分析揭示了综采面回采速度对基本顶应力分布、初次断裂位置和失稳风险的定量影响关系，为现场操作提供了理论指导。现场观测收集了大量回采速度与基本顶断裂失稳事件的数据，通过统计分析，明确了不同回采速度下基本顶断裂失稳的规律性。数值模拟结果与现场数据相吻合，验证了理论分析和现场观测的正确性，同时也揭示了回采速度对基本顶断裂过程的动态影响。综合研究成果，提出了根据回采速度调整采煤工艺的建议，以降低基本顶断裂失稳的风险，提高综采面的安全生产水平。

3.2 存在的不足与改进方向

尽管本研究取得了一定的成果，但仍然存在以下不足，并需在未来的研究中加以改进：现场观测虽然提供了直观的数据支持，但观测样本的数量和多样性仍有待提高，未来研究可考虑扩大观测范围和样本容量。数值模拟依赖于准确的参数设置，而本研究中的参数选取基于现有认识，可能存在一定的误差。后续研究可以通过更多的实验来校准模拟参数。虽然研究关注了回采速度的影响，但其他可能影响基本顶断裂失稳的因素（如煤层条件、顶板管理措施等）尚未充分考虑，未来的研究可以进行综合分析。研究成果的应用范围有限，主要针对初次断裂失稳问题，而对于多次断裂和长期稳定性的影响还需进一步研究。

3.3 展望

未来的研究可以从以下几个方面进行深入探讨：结合更多的现场数据和不同地质条件，对研究成果进行验证和修正，提高其普适性和准确性。探索更多的影响因素，如开采技术、设备性能等，以及它们与回采速度的相互作用，为综采面顶板管理提供全面的理论支持。研究综采面回采速度优化策略，实现安全生产与高效生产之间的平衡，提高资源回收率。关注新技术、新材料在提高综采面稳定性中的应用前景，如智能监测系统的引入、新型支护材料的开发等。

结语

本研究为综采面回采速度的合理调控提供了理论依据，对于提高矿井生产效率和保障安全生产具有重要意义。在今后的工作中，我们将进一步探讨其他因素如煤层厚度、煤体强度等对基本顶断裂失稳的影响，以期为矿井生产提供更全面的指导。同时，也希望能为类似研究提供参考和借鉴。

参考文献

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[2]朱峰.注浆锚索在综采工作面回采巷道超前支护中的应用[J].机械管理开发，2020，35（12）：179-181.

[3]武文强.综采工作面回采巷道超前支护探究[J].江西化工，2020（2）：358-359.