斷層附近“三軟”煤層開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律數(shù)值模擬方案設計

羅成才 任欣 張永舉 張袁仕松 彭首清

摘 要：針對貴州礦區(qū)“三軟”煤層開采斷層附近特殊地質條件下礦壓顯現(xiàn)異常的問題，采用數(shù)值模擬實驗的方法，并根據(jù)米籮煤礦一采區(qū)三條下山東翼110302工作面的現(xiàn)場實際條件，設計并構建了數(shù)值模擬模型。為分析“三軟”煤層工作面直接頂垮落特征和基本頂破斷特征，并計算出工作面初次、周期來壓步距;模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近超前支承壓力隨工作面推進的變化規(guī)律;斷層附近上覆巖層“三帶”發(fā)育特征，設計了5種數(shù)值模擬方案。

關鍵詞：斷層附近;三軟煤層;礦壓顯現(xiàn);數(shù)值模擬

1 工程概況

米籮煤礦位于水城縣東南部米籮鄉(xiāng)，煤的結構及堅硬程度：半亮型煤結構以塊狀為主，半暗型煤常呈致密狀或粒狀結構。線理狀、透鏡狀很少。暗淡型和半暗型煤的礦物質往往含量較高，結構致密，顯得堅硬。米籮礦井井田范圍內含可采及大部分可采煤層15層，米籮礦礦110302工作面井下位于一采區(qū)三條下山東翼，開采煤層為上二疊系龍?zhí)睹航M上段的11#、13#煤層，回風順槽標高在+1105.0～+1125.4m;運輸順槽標高在+1058.4～+1076.2m。該工作面開采煤層為1#、3#煤層，1#煤層及3#煤層結構較穩(wěn)定，1#煤層厚度平均在1.4m左右，3#煤層厚度平均在2.3m左右。

2數(shù)值模擬方案設計

2.1 模型構建

實驗室數(shù)值模擬煤層開挖后覆巖破裂移動規(guī)律、煤巖體應力和變形分布特征一般采用UDEC數(shù)值模擬軟件，以米籮煤礦1號煤層110302工作面為現(xiàn)場依據(jù)，構建UDEC數(shù)值計算模型，模擬分析“三軟”煤層工作面直接頂垮落特征和基本頂破斷特征，并計算出工作面初次、周期來壓步距;模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近超前支承壓力隨工作面推進的變化規(guī)律;布置測線，監(jiān)測正斷層附近應力狀態(tài);模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近上覆巖層“三帶”發(fā)育特征。

以米籮煤礦1號煤層110302工作面為現(xiàn)場依據(jù)，構建煤巖層數(shù)值計算模型，如圖4-2所示。構建工作面走向模型的尺寸為300×60m（長×高），如圖2，模擬1號煤層傾角平均為4°，煤層平均厚度為1.4 m，采高為1.4m，直接頂厚1.75 m，偽底厚0.7 m，埋深約300 m，覆巖荷載施加7.5Mpa，下方2號煤層厚度為2.3m，間距為0.7m。為分析米籮煤礦110302工作面開采過程中通過一逆斷層F2時采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，設計在模型右側距離邊緣30cm處布置開切眼，自斷層上盤向斷層下盤進行開采，開采至模型左側240cm處，在模型左側留寬度為30cm的邊界煤柱。模型中逆斷層沿開采煤層距離開切眼150cm，斷層傾角為45o，落差為2.5cm。 各層煤巖層的物理力學參數(shù)見表1。

2.2 數(shù)值模擬方案設計

模擬分析“三軟”煤層工作面直接頂垮落特征和基本頂破斷特征，并計算出工作面初次、周期來壓步距;模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近超前支承壓力隨工作面推進的變化規(guī)律;布置測線，監(jiān)測正斷層附近應力狀態(tài);模擬分析采動影響下“三軟”煤層工作面斷層附近上覆巖層“三帶”發(fā)育特征。

沿工作面推進方向，1號煤層工作面基本頂?shù)某醮慰迓洳骄酁?1m，周期來壓步距為14m，為模擬工作面初次來壓前后和周期來壓期間圍巖及頂?shù)装宓牧严堆莼蛻?、位移變化情況，在沿傾斜推進方向設計了以下5種模擬方案：（1）工作面的推進距離為30m;（2）工作面的推進距離為60m;（3）工作面的推進距離為90m;（4）工作面的推進距離為120m;（5）工作面的推進距離為150m。

參考文獻：

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作者簡介：

羅成才（1997.09-），男，漢族，貴州遵義市人，在讀本科學生，主要從事采礦工程專業(yè)方面的學習和研究

基金項目：貴州省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（2018520997）