承压水上开采煤层底板破坏深度数值模拟及实测研究.pdf

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1、2012年6月矿业安全与环保第39卷第3期承压水上开采煤层底板破坏深度数值模拟及实测研究徐瑞朋，姜振泉，段宏飞，张蕊(中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221008)摘要：根据某矿综采工作面煤层顶、底板岩层组合及结构性质特点，建立了反映完整底板岩层组合的工程地质模型，通过FLAC如软件数值模拟分析了煤层开采过程中底板应力及破坏特征，结果表明：煤层底板下0～4m内岩体破坏较为严重，不具有阻水能力；煤层底板下4～10m内岩体虽然发生了局部破坏，但其破坏程度相对较弱，具备一定的阻水能力。结合现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面推进的变化情况，确定出煤层底板破坏深度为8～10

2、m。综合对比分析得出煤层底板破坏深度为10m。关键词：底板突水；数值模拟；综采工作面；底板破坏深度中图分类号：TD82文献标志码：A文章编号：1008—4495(2012)03—0001—04随着煤炭资源的大规模集约式开采，煤炭开采1工程地质概况的深度不断加大，其受到底板太原组灰岩水与奥陶系灰岩水的威胁更加严重，其中底板隔水层性质是某矿4602综采工作面位于矿井一273m水平四控制底板水害发生的关键因素J。煤层开采过程采区，走向长1039～1207m，倾斜长92～187m，面中，底板发生不同程度的破坏，且底板采动变形破坏积210286m，地面标高+41．89～+42．84m。工作规律较复

3、杂，受到煤层及顶底板条件、冲击地压强面构造整体呈单斜形态，地层走向NE—sw，倾向度、工作面布置方式、回采工艺等多种因素影sE，总体趋势西北部高、东南部低，煤层起伏变化不响J。采动底板破坏深度一般需通过对采动过程大，煤层倾角6。一11。，平均倾角7。，褶曲宽缓。该工底板的变形破坏程度进行原位实测予以确定，这是作面地质条件复杂，掘进过程中共揭露l5条断层，揭示底板采动变形破坏情况的最可靠方法J。其中落差大于1．0m的断层8条，NE50。一80。方向某矿下组煤开采处于带(水)压开采状态，底板上逆断层发育。水害防治成为矿区面临的重要技术问题，底板水防2数值模拟研究治的技术难度极大。为此，对该矿

4、4602综采工作面采动底板变形的动态特征进行数值建模分析，获得2．1工程地质模型建立了下组煤开采底板采动矿压显现规律及底板采动破根据煤层开采情况，选取在三维坐标系统中，以坏范围的第一手资料。通过对工作面进行采动底板煤层底板基点为坐标原点，底板底面为XOY平面，变形实测，与模拟结果进行了对比、分析。在此基础倾斜水平投影方向为Y轴正方向，煤层走向为轴上，对四采区16煤带压开采的安全性进行了系统方向，垂直向上为z轴正方向。结合工作面的开采评价。实际，通过对相关地质资料的综合分析，将研究区内岩层按岩性和完整性划分为灰岩、粉细砂互层、收稿日期：2011—11—30；2012—03—12修订16煤、

5、泥岩、粉砂岩、中砂岩、细砂岩7个工程地质基金项目：中国矿业大学青年科研基金项目(2009A029)；岩组。沿倾斜方向采动底板主要影响因素的工程地江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CXZZ11—质模型及边界条件见图1。模型空间范围取包含测0306)作者简介：徐瑞朋(1987一)，男，山东潍坊人，硕士研究生，试孔在内的300m~260m的地块，高取100m，煤厚从事煤矿工程地质方面的研究工作。E—mail：xrp571022xrp@取1．2m，煤层顶板取43m，底板取57m。模型前163．corn后、左右两侧面均为实体岩体，简化为位移边界条·1·2012年6月矿业安全与环保第39卷第

6、3期面轨道巷中设置2个测孔，分别为测试I孔和测试该位置围岩未发生破坏。2孔，二者相距约110m。本次测试钻孔终孔位置在综合分析认为，4602综采工作面底板的采动破16煤下方，垂深18．0m左右，终孔层位为18煤底坏深度不超过10m，与数值模拟结果基本一致。板下的泥质岩。测试1孔的4个应变探头分别设置4结论于钻孔9．0，21．5，33．0，51．0m等孔深部位，对应于16煤下方的垂深分别为3．5，6．8，10．I，15．1m；测1)根据煤层顶、底板岩层组合及其结构性质特试2孔的应变探头分别埋设于孔深13．0，25．1，点，建立了反映完整底板岩层组合的工程地质模型，35．0，51．0m位置，

7、对应于16煤下方的垂深分别通过数值模拟方法对煤层开采过程中煤层底板应为4．8，8．4，Ii．3，16．0m，分别为粉砂岩、铝质泥岩、力、塑性区研究得出，煤层底板下0～41TI内岩体破灰黑色粉砂岩及泥岩。坏较为严重，不具有阻水能力；煤层底板下4～10ITI1测孔测点2(底板下垂深10．1m位置)工作面内岩体虽然发生了局部破坏，但其破坏程度相对较推进过程探头应变变化曲线，见图7。工作面推进·弱，具备一定的阻水能力。至距该测点约80m位置