山区浅埋煤层裂隙发育UDEC模拟研究.pdf

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1、煤矿现代化2014年第2期总第119期山区浅埋煤层裂隙发育UDEC模拟研究余进江。桂庆军1,2,3(1．贵州I大学矿业学院，贵州贵阳550025；2．贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州贵阳550025；3．贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室，贵州贵阳550025)摘要受地下采动影响，坡体会发生移动变形，内部应力重新分布，同时，开采使地表产生裂隙，坡体很容易失稳，甚至发生滑坡、泥石流等大型地质灾害，并且也会加剧环境损害_l_。因此，为分析山区浅埋缓倾斜煤层开采时，覆岩裂隙发育变化及地表移动情况等，根据贵州山区煤矿地质复杂情况，运用UDEC软件对响水煤矿3号

2、煤层12309工作面进行数值模拟。模拟结果表明：山区浅埋缓倾斜煤层与平原地区水平煤层开采引起的裂隙变化、地表移动变形等有所不同；坡角陡的地方裂隙发育，稳定性差。容易失稳发生滑坡；3号煤层12309采面开采后，覆岩受开采影响强烈，顶板跨落最大位移约为3．178m。关键词应力；裂隙发育；山区煤矿；UDEC软件中图分类号：TD325．1文献标志码：B文章编号：1009—0797(2014)02—0057—03贵州响水煤矿雨谷井田3号煤层12309首采工向上的总长度为lO00m，Y轴方向上的总厚度为作面位于盘县南部山区，由于该工作面推至停采线320m。煤层平均倾角9。，平均

3、厚度3m。从钻孔柱状后，山坡上出现了明显裂隙带，由文献[2】井下采用冒图及相关地质资料分析，建立计算模型如图1所示落法开采缓倾斜中厚煤层时，“三带”中离地表最近(图中数字表示岩层，参见表1)。的为弯曲下沉带。为研究这种反常现象，运用UDEC软件对3号煤层12309首采工作面进行数值模拟研究，分析山区缓倾斜中厚煤层开采时，覆岩移动及地表出现裂隙带的原因。1工程概况响水矿井开发的雨谷井田位于盘南背斜南东翼图1UDEC计算模型(平均倾角9。1西端。地层走向自西向东为N30。E～NE～N80。2．2边界条件确定E～N60。E，倾向南，基本为一单斜构造。开采的3在选定计算模型

4、范围的基础上，确定计算模型号煤层是井田内稳定煤层，该煤层裂隙较发育。属半的边界条件为：上部边界条件为自重；下部边界条件坚硬煤层。井田内无不可采点，煤层采用厚度变化不为模型的下部边界，为岩体，简化为位移边界条件，大，呈由西向东逐渐变薄趋势，规律性明显。煤层覆在x方向上可以运动，Y方向上为固定铰支座；两侧盖层自开切眼沿工作面推进方向逐步减少，在冲沟边界条件均为实体煤和岩体，简化为位移边界条件，处最少约60m，在开切眼处最厚约172m。煤层全层在Y方向上可以运动，x方向上为铰支座网。厚度为1．67～6．04m，平均为3．14m；采用厚度为2．3模型参数1．43—5．37m

5、；平均为2．67m，煤层倾角8o10o。数值模拟计算采用Mohr—Coulumb屈服准则：顶板岩性由西向东作有规律的渐变，西部为煤e=叶盯+2cl+sin~b1-S1Do1-slrl—系地层灰绿色粉砂岩、细砂岩或粉砂质泥岩；东部则逐渐变为飞仙关组下段灰绿色粉砂质泥岩，底部局式中：、仃分别为最大和最小主应力，MPa；c为材部地段为厚0．1一1．3m泥质灰岩；底板岩性按10m料的黏结力，MPa，为材料的内摩擦角，(。)。节理统计，顶部0．4m左右为含根泥岩，其下为粉砂岩或材料模型采用面接触库仑滑移模型。泥质粉砂岩。各岩层块(由上到下)物理力学参数及节理力学参数如表1所示

6、。2建立数值模拟3模拟结果分析2．1模型建立选取水平方向为x轴，竖直方向为Y轴，x轴方模型中对3号煤层12309采面由右上至左下进‘57·煤矿现代化2014年第2期总第119期行开采，开切眼和停采线位置与实际一致。从开切眼地方裂隙较多产生滑坡。产生滑坡是由于岩层的不到停采线处共推进565m，采用全部垮落法处理采空稳定导致，岩层的不稳定性又与裂隙有关，又从图区。中知道坡角大的地方比坡角小的地方裂隙多，煤层埋藏浅的地方比煤层埋藏深的地方裂隙多，说明边坡稳定性还应与坡角及煤层埋深有关，即是裂隙的岩层熊器爹jt／MPa发育密度与坡角及埋深有关。如图中c处裂隙少于D处，C处所

7、在坡面越往上裂隙越少。总体说明坡角陡的D处裂隙发育，边坡上部有0．3m宽的纵向裂隙，不稳定性会使边坡朝图中箭头方向滑移。泥质粉11O72823．483160O20⑧砂岩⋯8图3竖向破断裂隙局部放大图示煤层1253228231270050⑨粉砂岩2．6l5．610．83771．86108340120．810(3)停采线上方冲沟处产生竖向破断裂隙与覆岩离层裂隙贯通。冲沟离煤层距离约60m，采空区上方⑩28石裂隙带贯穿至地表冲沟，裂隙带高度为60m。由《矿井通过数值模拟计算得到了采动煤岩体的裂隙分水文地质规程》中给出的经验公式计算导水裂隙带高布情况，如图2所示。由图中