不同倾角煤层区段煤柱围岩变形数值模拟研究

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1、山西煤炭SHANXlMEITAN第33卷第12期文章编号：1672—5050(2013)12—0028—04不同倾角煤层区段煤柱围岩变形数值模拟研究刘聚友，张伏龙，樊自辉，张波(河南大有能源股份有限公司耿村煤矿，河南渑池472431)摘要：以平煤集团十三矿为地质背景，利用数值模拟手段，研究不同倾角煤层区段煤柱围岩变形特征。研究表明：随着煤层倾角的增大，区段煤柱应力峰值距煤壁的距离、塑性区宽度、围岩变形量均减小；倾斜煤层煤柱两侧变形呈不对称分布，煤柱下帮围岩变形量大于煤柱上帮；并且煤层倾角越大，煤柱变形不对称性越

2、明显。关键词：不同倾角；区段煤柱；数值模拟；围岩变形中图分类号：TD822．3文献标识码：A1不同倾角煤层区段煤柱围岩变形的的顶边界采用应力边界，应力为上覆岩层重力产生的均布载荷。数值模拟表1数值模拟中岩层力学参数1．1模型的条件选取岩性体积模量剪切模量内聚力内摩擦角体积力以平煤某矿己二采区12020(上)为对象，据其煤层／GPa／GPa／MPa／(。)／(kg·m。)顶底板岩层柱状资料的煤与岩石物理力学参数，对该区细沙岩28．3l3．8233L2500段工作面进行模拟。粉砂岩38．219．722．636250

3、01)模型初始条件选取。地质资料显示，12020(上)区中砂岩25．6232327-325O0段平均埋深260Iq[1，考虑模拟运算的合理性，共模拟煤泥岩7．91-273l4．82400层上方10层岩层，累计厚度60m，其余未模拟出的部煤O．561．631．8l24．81400分采取应力加载，各岩层力学参数参考，如表1所示。假设模拟区段内各层内部为连续介质，开采模型视为平面土上上土上上上上应变模型。在初始应力场的基础上，根据材料的力学特性，转换成相应的力学模型。本节数值模拟研究中，为准确反映现场岩体实际，采用以

4、下方法描述煤岩体原位力学特征：煤岩的平均弹性模量取为实验室测试值的24％；顶底板岩体的弹性模量取为实验室岩块测试值的1／3；煤岩体的内摩擦角和泊松比大小取为实验室i贝4试值；煤岩体的内聚力等于图1模拟的边界条件岩块测试值的15％。1．2模型的建立2)模型的边界条件，见图1。模型边界均施加水平1)模拟方案。不同倾角煤层工作面回采引起的覆岩位移约束，边界水平位移为零，至允许边界结点沿垂直运动特征不同，导致侧向支承压力分布特征不同，采空方向运动。底边界均施加水平位移及垂直位移约束，底区边缘煤体破裂程度不同，合理区段煤

5、柱宽度的要求不部边界结点水平位移、垂直位移均为零。底边界限制竖同。利用UDEC数值模拟软件，以十三矿12020与直方向位移，但可左右移动；左、右边界限制左右移动，12020(上)之间的区段煤柱为背景，研究煤层倾角为但可上下移动，即左右、底边界采用单向滚动控制，使0。、15。、30。和45。情况下，煤柱宽度为6131、8in、10边界岩体不至于影响内部岩体的应力迭代计算。模型ITI、12m、14m和16m时，上区段工作回采、本区段回风收稿日期：2013-08—27作者简介：刘聚友(1985一)，男，河南商城人，大

6、学本科，助理工程师，从事冲击地压防治技术管理及研究工作。28山西煤炭SHANXlMEITAN第33卷第12期[2]肖保军．我国煤矿安全事故频发的思考lJJ_煤矿安全，2005，36(7)：52—55．[3]李守国．采空区瓦斯涌出运移分布规律分析[J】．煤矿安全，2006(11)：21-22．【4]王军杰．工作面采落煤瓦斯涌出规律研究【JJ．内蒙古煤炭经济，2012(9)：60—61．【5】张洪力．瓦斯综合治理技术在平煤十矿的应用fJ1．中州煤炭，2007(6)：90—91．】张文昌，张军．提高本煤层瓦斯抽放效果

7、的途径【JJ_矿业快报，2008，6f6)：100—101．【7】姜文忠，秦玉金．平顶山矿区煤层瓦斯合理预抽期的研究【JJ．煤矿安全，2001(12)：8-10GasDrainageTechnologywjthCrossDrillonFully-mechanizedWorkingFaceWUZhi，2(1．TaiyuanUniversityofTechnology，Taiynan030024，China；2．ShuozhouBranchofShanxiCoalSalesandTransportationGrou

8、p，Shuozhou036001，China)Abstract：Basedonthefeaturesofgasmigrationandemissiononthefully—mechanicalworkingface，thestudyproposedcrossdrillforgasdrainage．Onthedeterminationofdrillingparameters，includ