浅埋煤层开采覆岩裂隙发育规律的数值模拟

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1、浅埋煤层开采覆岩裂隙发育规律的数值模拟张万斌，高召宁，孟祥瑞（安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001）摘要：煤层开采引起的覆岩变形移动，造成顶板水突入井下，严重威胁煤矿生产安全。以榆阳矿区某矿一工作面为背景，基于离散单元数值模拟软件UDEC2D，模拟了浅埋煤层开采时上覆岩体中的位移、应力和裂隙的演化规律。研究表明：随着工作面的推进，采空区中部的裂隙部分被压实，裂隙主要富集于开切眼和工作面附近的上覆岩层中，并与裂隙带顶部的裂隙分布区构成了一个类梯形状区域；工作面推进至140m时，裂隙发育

2、到最大高度，最大高度为94.5m。研究成果为水下安全开采提供了依据。关键词：浅埋煤层；覆岩裂隙；发育规律；数值模拟中图分类号：TD821文献标志码：AANumericalSimulationabouttheLowofOverburdenRockFissuresDevelopmentwhenShallowCoalSeambeingMinedZHANGWan-bin,GAoZhao-ning，MENGXiang-rui（SchoolofMiningandSafety,AnhuiUniversityo

3、fScienceandTechnology,Huainan232001,Anhui,China）Abstract:Theoverburdendeformationandmovementcausedbyminingmayleadthatwaterintheroofbreakintomine,whichthreattheproductionsafetyofcoalmineseriously.BackgroundedinacoalfaceinYuyangcoalminearea,thispaperst

4、udyhowthedisplacement,stressandfractureintheoverlyingstratadevelopbyusingnon-continuousmediadiscreteelementprogramUDEC2D.Accordingtothestudy,whencoalsurfaceismoving,fissuresinthecenterareaofthegobwillpartiallybecompacted,whileneartheopencutandtheface

5、,aboundantoffissureslieintheoverlyingstrata,whichconstituteaclassoftrapezoidalareawiththetopofthefissurefracturezone;whentheworkfaceisadvancingto140m,theheightoffissureareareachesitsmaximumvalue,94.5m.Theresultsofthisresearchprovideabasisforunderwate

6、rsecurity.Keywords:shallowcoalseam;overburdenrockfissures;developmentlaw;numericalsimulation收稿日期：2013-07-05基金项目：国家自然科学基金项目资助（编号：51074003；51074005）；国家自然科学基金委员会与神华集团有限公司联合项目资助(编号：51174255)；中国博士后科学基金项目资助（编号：2012T50567；2011M501037）作者简介：张万斌（1982-），男，湖北宣恩人

7、，在读硕士研究生，主要研究方向为浅埋煤层开采覆岩运动破坏规律，E-mail：21143596@qq.com。我国西部毛乌苏沙漠边缘地下煤层储量丰富，仅陕西境内的榆神府煤田含煤面积约2.7×104km2，总储量约2.4×1011t，被列为世界七大煤田之一[1]。该区域的煤层埋藏普遍较浅，基岩较薄，基岩上面常常覆盖有较厚的风积沙层，风积沙层里面含有地表植被赖以生存的水分。由于基岩较薄，在对煤层进行开采时，采动裂隙很容易与风积沙层贯通，从而使风积沙中的水资源沿着裂隙渗入地下，造成地表水资源的流失，进而

8、造成地表植被破坏，生态环境恶化[2]。因此，研究煤层开采过程中裂隙的发育规律，进而采取合理措施，实现保水开采，对于该地区来说刻不容缓。在覆岩采动裂隙发育方面，国内外许多学者都做过研究，钱鸣高、许家林等通过物理相似模拟实验得出，采动裂隙可以分为两类：一类是横向离层裂隙，它是随着岩层的下沉运动在两个岩层之间出现的裂隙；另一类是竖向裂隙，它是近似竖直发展的穿层裂隙[3]。2008年，缪协兴等[4]应用关键层理论，研究了上行裂隙带内隔水关键层结构稳定性的概念模型。2010年，中国矿业大学的黄炳香、刘长友