露天矿端帮开采参数计算分析与围岩应力数值模拟研究

《露天矿端帮开采参数计算分析与围岩应力数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第26卷第5期煤　　炭　　学　　报Vol.26No.52001年10月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYOct.2001　　文章编号:0253-9993(2001)05-0496-05露天矿端帮开采参数计算分析与围岩应力数值模拟研究1121冯光明,才庆祥,叶新荣,杨天军(11中国矿业大学能源科学与工程学院,江苏徐州　221008;21平朔露天煤炭工业公司安家岭露天矿,山西朔州　036006)摘　要:对安家岭露天矿端帮采煤主要技术参数进行了理论计算与分析,并应用FLAC数值模拟软件对端帮开采煤柱间围岩应力动态演变过程进行了模拟研究,得出端

2、帮开采煤柱间应力是相互影响的,围岩垂直应力分布由“微马鞍形”向“马鞍重叠”及“平缓马鞍形”转变的动态演变规律;安家岭露天矿端帮采煤在采宽累计超过80～100m时,围岩应力基本趋于稳定,所确定的端帮开采主要技术参数是合理的.关键词:露天矿;端帮采煤;FLAC数值模拟中图分类号:TD824文献标识码:A　　露天开采产量大,经济效益显著,在煤炭开采中占重要地位.因此,多年来科技工作者对露天开采工艺、开采系统及开采现代化等方面进行了深入研究,而对露天开采中端帮煤如何采出研究较少.端帮煤是指在露天采场中已剥露出来位于两个端帮之内,随着开采又将逐渐被剥离的表土或岩

3、石所掩埋的煤炭.　　若端帮煤在未被掩埋之前对其进行采出,则采煤工艺系统简单,经济效益明显,反之需另掘开拓巷道,工艺复杂,开采成本高;另外,端帮采煤是露天开采与地下开采相结合的一种新的采煤技术,需要与露天采剥工程在空间和时间上的相互协调配合.因此,进行端帮采煤不仅具有显著的经济效益,而且对丰富和发展采矿理论与方法的实践也具有重要意义.露天开采矿区煤层都较厚,煤质坚硬,传统的地采方法不能完全适宜端帮采煤的要求,故进行端帮采煤新工艺与采煤参数的研究就非常必要.本文对安家岭露天矿端帮开采围岩破断及开采主要参数等进行了计算分析,应用FLAC数值模拟软件对该采煤方

4、法围岩应力及其动态演变规律进行了数值模拟分析,该分析结果对实际生产起到了理论指导作用.1　端帮开采新方法简介　　端帮采煤主要有进风平峒、回风平峒与运煤工作面回风巷等组成.由于露采中煤层厚度较大,因此将厚煤层分成若干个采掘层,一般每层高以5m为宜.对每个采掘层再分为上、下两个采掘分层,以适宜工作面开采高度的要求.开采顺序为:采掘层由上往下开采;对每个采掘层来讲,先采下采掘分层,后采上采掘分层.该采煤方法一次采全高,工作面成阶梯形.2　端帮开采参数计算分析　　露采矿区煤厚一般在10～15m,进行端帮开采时所留煤柱高度大.显然煤柱高度大,其稳定性就差.因此,

5、在上覆荷载作用下,煤柱宽度与开采区域存在合理的几何关系.为把握开采中顶板及上覆岩层破断与煤柱受载等情况,对其进行初步的理论计算与分析,以确定工作面与煤柱的合理技术参数.收稿日期:2001-02-21第5期冯光明等:露天矿端帮开采参数计算分析与围岩应力数值模拟研究497211　工作面顶板破断分析　　由于该采煤法直接顶与老顶四周为实体煤或煤柱所约束,故将直接顶与老顶视为四周固支的板.由板模型应力分析可知,在四周固支条件下,当直接顶处于极限悬露状态时,四周支边形成弯矩区,其最大主[1]弯矩在长固边中部.由弯矩与应力关系及等价变换可导出工作面顶板垮落步距为42

6、lmb22(lm

7、关.在受到全约束时,任何煤似乎都具有无限的强度.因此,煤柱的强度是由煤层本身的材料强度、尺寸、几何形状、约束条件和周围环境等诸多因[2]素共同决定.本分析采用奥伯特-杜瓦尔公式与辅助面积理论对煤柱宽度进行计算分析,即σp=σc01778+01222W/hm,(1)式中,σp,σc,hm分别为煤柱强度、煤块单轴抗压强度与煤柱高度.　　根据极限强度理论可知,如果作用在煤柱上的载荷达到其极限强度时,煤柱的承载能力将大大降低.因此,为保证煤柱在承载过程中能满足生产要求,即煤柱的承载能力必须满足σF≤σp,(2)式中,σ为作用在煤柱上的应力;F为安全系数.　　现

8、假设煤柱所需宽度为Wx,据辅助面积理论可计算出采房宽度为B,推进长度为b时煤柱上的平均载荷为P