保护层开采煤岩卸压效应数值研究.pdf

《保护层开采煤岩卸压效应数值研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2013年第38卷第6期能源技术与管理V01．38No．6EnergyTechnologyandManagement19aoi：10．3969／j．i'sw。snI1．1碧I6I72—9943．2013．06．0080X'二糍0业00r_器．技l1IIw~、，保护层开采煤岩卸压效应数值研究撼0术一杨坤，程详1,2(1．淮南矿业集团新庄孜煤矿，安徽淮南232072；2．安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001)[摘要]采用UDEC4．0数值软件，模拟保护层开采过程中上覆岩层移动及裂隙发育动态发展过程及被保护煤层内部垂直应力变化特征。裂隙演化结

2、果表明，保护层开采时，被保护煤层虽然处于弯曲下沉带中，但是内部裂隙发育，可为瓦斯运移提供通道；应力分析结果表明，随着保护层的开采，被保护煤层内部存在明显的应力降低区域，此区域是布置抽采钻孔、实现瓦斯抽采的最佳区域。研究表明，保护层开采是有效的区域性防突措施。[关键词]保护层开采；卸压效应；裂隙；数值模拟；区域性防突[中图分类号]TD322+．5[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2013)06-0019-03本次数值模拟根据某矿实际地质质料，把0引言11-2煤层及其上覆岩层作为研究对象，建立二维在瓦斯突出矿井的煤层群中，首先进行开采平面

3、应变模型。由于煤层的倾角平均为9。，为方的非突出危险煤层即为保护层。开采保护层是解便模型的建立，忽略煤层倾角对整个模型计算的决煤与瓦斯突出问题的最有效、最经济的技术措影响，建立水平走向模型。采用UDEC4．0数值软施I1。文章基于UDEC数值模拟软件，利用数值方件，对保护层11-2煤层开采后覆岩垮落及应力分法研究保护层开采后上覆煤岩卸压效应，分析采布进行模拟研究。为考虑顶板、煤层及底板三者之动过程中上覆岩层的移动、裂隙发育动态特征及间变形的协调性，模型的确定包括一部分1l一2煤被保护层内垂直应力的分布规律，研究结果可为层的底板及13—1煤层的顶板。

4、整个模型水平方向解决区域性防突提供一定的依据。取300m，两端各留50m作为边界煤柱，以减小开采对整个模型造成的影响，垂直方向取120m，1试验区工程概况整个模型岩层共计18层。数值模型图如图1所淮南潘谢煤田的某矿为煤与瓦斯突出矿井，示。按照实际开采深度进行模拟，模拟的平均采深主采有13—1煤层和l1—2煤层。11-2煤层平均倾为520Ill，上方岩层的自重应力按等效载荷施加角9。，煤层原始瓦斯含量47m3／t，煤层平均厚度到模型的顶端，q=13MPa。在建模过程中，在13—13．5m，相对瓦斯涌出量5．2—7-3m3／t，属于瓦斯煤煤层内部设置了

5、监测线，记录煤层内部围岩的应层；13—1煤层平均厚度4．0m，煤层原始瓦斯含量变变化过程。12～22mTt，原始瓦斯压力高达4．4MPa，煤层原始模型采用分布开挖计算方式，分别模拟保护透气性系数为2．87xlOm2／(MPaz·d)，煤质松层11-2煤层开采35m、65m、95m、125m、155nl、软，透气性低，瓦斯含量大，为高突出危险性煤层。200m时上覆岩层的垮落及裂隙演化规律，被保1l一2煤层位于13—1煤层下部，两煤层之间的法护13—1煤层内应力分布规律。线距离为61．5～72．8m，相对层间距为25m。针对13—1煤层为高突出危险性煤

6、层特点，将11-2煤层作为保护层优先开采，通过卸压作用，降低其应力水平，消除瓦斯突出等问题。2计算模型的建立Ii112．1数值计算模型的建立2．2边界条件及本2013年12月2o杨坤，等保护层开采煤岩卸压效应数值研究Feb．，2013根据计算模型的实际赋存条件，该计算模型的边界条件为：模型的上部边界条件选择为应力边界条件，下部边界及左右边界条件简化为位移边界条件，下部边界限制垂直方向位移，左右边界限制水平方向位移。模型块体的本构关系采用莫尔——库仑准则，节理面的本构模型选为面接触的库仑滑移模型。2．3岩石力学参数的选取根据煤层赋存条件与岩层移动时空

7、情况，参(c)开采125m时覆岩裂隙发育图考现场提供的资料及有关岩石力学分析计算手册，选取计算中的岩石力学性质参数如表1所示。表1煤岩物理力学参数(d)开采155m时覆岩裂隙发育图图2保护层11—2煤层开采不同距离时覆岩裂隙图开切眼形成以后，上覆岩层逐步悬露，直接顶受开挖影响而引起卸载变形。随着工作面向前推3UDEC数值模拟计算结果分析进，在重力的作用下，岩层发生断裂、逐步冒落，采动裂隙逐步向上覆岩层发育，上覆岩层整体弯曲，3．1上覆岩层垮落及裂隙演化规律形成一定范围的冒落带、裂隙带及弯曲下沉带_2]。图2为保护层开采过程中覆岩垮落及裂隙发当工作面

8、推进到35m时，如图2(a)所示，由育的动态结果，选其中有代表性的覆岩裂隙图作于直接顶板为泥岩，直接顶已经冒落，老顶发生断