多煤层条带开采数值模拟研究

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1、1999士■矿m捌量掌术●戗多煤层条带开采数值模拟研究张傻英(煤炭科学研究总院唐山分院河北唐山063013)摘要皋文应用非线性有限无法，对不同屡间距的3层蝶条带开采进行了敷值模拟研究，揭示了多煤层条带开采的移动变形规律，_岩屡内波浪沉降发育规律．及与屡阃距、紊采尺寸、采出率的相王关系等，提出了多煤屡务带开采煤柱的舒设方法．及有限元法煤拄稳定性的评定方法，为工程实或提供理论骺掘．+关t词多煤蜃条带开采有限元款值模粗1模型建立一以攀枝花矿务局太平煤矿南一采区，层煤条采的有限元平面计算模型(见图1)，煤层厚度均为2m，1“与24煤层间距60=，24与3。煤层层问距为10=，地表有1

2、0=厚的表土层，岩层均为中硬的粉砂岩。由于采区开采沿走向对称，仅模拟走向长度的一半．地表为自由边界；底板节点竖向位移固定，水平方向自由；模型左右边界水平方向固定，竖直方向自由。共划分3358个节点、3240个单元，采用非线性SuperSAP有限元程序进行分析，材料破坏为Drucker-Prager屈2Il采用倾斜条带开采3层煤为基本条件，建立了3图1多煤层条采有限元平面模型服条件模式．按平面应变问题求解．材料参数见表1．表3—1计算模型参数表岩性T(kN／m=)E(apa)4C饵呻)+(。)表土2l500．3525岩层‘2410000．23．045顶底板岩层245000．22

3、．035煤柱132500．勰．1．035空单元0．10．010．210552模拟结果分析2．13层煤条采图2、图3绘出了3层煤全部条采后地表及岩层内部各深度处的下沉曲线和各煤层处及岩层内垂直应力分布曲线．条采尺寸均为采20=留20=，开采区长度为170=．从图2中可以看出：位于煤层上一定距离内的岩层呈波浪下沉状，波浪状下沉带的上方至地表下沉呈单一均匀状，与全采相类似，岩层内的下沉要大于地表的下沉。从图3中可以看出：条带煤柱的两边出现峰值应力，煤柱的中间应力要小一些，位于采区中央(模型的左边界)的煤柱应力要大于靠近边界的煤柱应力，边界煤柱应力至右边界处趋于均匀；位于2个煤层间的

4、岩层中应力受条带开采影响产生波浪状，至右边界处也趋于均匀．『％1．2121999盍r豳矿山曩¨●掌术唾哦[7一fo'】．蛆．茹=已=乏三等f¨n一，一—腿∞'■∞如’■I’^波浪状下沉在覆岩中的传播高度不仅与条带的采宽有关，而且与煤柱的留宽及岩层硬度等条件有关。波浪的发育高度直接决定着条带采宽的确定。煤层条采后，不仅上覆岩层内有波浪下沉，而且煤层下方一定高度内底板也产生小量的波浪起伏，计算发现向下的波浪发育高度要大于向上的波浪发育高度，这在多煤层条采中要引起注意，即下煤层的条带开采向上波浪发育高度不要波及上煤层，上煤层的条采向下波浪发育高度也不要波及下煤层，这样上下两煤层的条

5、采才不相互影响。分析图4b，14、2”煤各自采20m留20m，相互不影响，但1”煤采30m留30m时即已影响到24煤：24、3j煤由于层间距小，一．廿1999全■矿m洲●憎蛛●截即使采20m留20m也相互影响。2．3多煤层煤柱对齐、不对齐条采表0列出了层间距不同的二层煤煤柱对齐、不对齐等条采模型的计算结果，并与各煤层单独条采、三层煤全条采(上下全对齐)的计算结果比较。煤柱对齐指上下煤层所留煤柱完全对齐，不对齐指上下煤层所留煤柱完全错开(即上煤层煤柱与下煤层开采条带对应)，按630对齐指2#煤层采20m留20m，而3#煤层采lOm留30m，其余条采尺寸均为采20m留20m。表3

6、多煤层煤柱对齐、不对齐条采计算结果对比鼍lo20341嘞2。2噜n3。l气20和30煤瞰挤煤岜晰煤獬煤由I测齐按例奢挤X§鱼囊隈最大下沉量h面233瓢l∞仇475517耽黝758煤警蹦蚍呐神&∞&54&船曩33l噤煤目剿雠i抽．啦神＆蛆&毖6．罄&∞比值h，／碗L13L121．12煤睁附龇帅日)&舶＆35&柏＆13L4＆3I&16撒煤由嘟醯l加。蛳日)q67鱼54吼嬲鱼5012弱鱼舛吼54比值h．／南L¨LMLH1．171．701．20L17煤曾搿驰E力嘞惭)＆霸&茁t9l&圈&∞3磲煤曲峰值哦．∞。)1n5吼匏12帅＆蹭鱼卵嘟如．／吨LlELHL63L∞1．14从表3中可以

7、看出：18与24煤层，由于层间距为60m，上下煤层条带煤柱对齐与否，产生的地表沉降相差不大，煤柱的平均、峰值应力也变化不大，因此当层间距足够大时．可不考虑上下煤层条带开采的煤柱对齐问题，也即可认为上下两煤层的条带开采相互不影响，当然这是建立在采20m留20m的条采尺寸前提下，正如前面波浪发育高度中所分析的，当上煤层条带开采宽度为30m，或下煤层条带开采宽度为50nI时，虽然14与24煤层层间距为60m。上下煤层的条采仍然是相互影响的．因此两煤层是否相互影响，不仅取决于层间距，而且与上下煤层的条带开采尺寸