急倾斜厚煤层顶底板移动特征的模拟研究

作者:韩升;赵耀江;孙婷婷 刊名:煤炭技术 上传者:周峰

【摘要】以新疆某煤矿急倾斜特厚煤层采煤工作面为工程背景,运用FLAC数值模拟软件对采后顶底板运动特征进行模拟研究,为相似赋存条件下的煤层开采提供了瓦斯涌出路径和预防顶板事故的理论基础。结果表明:随工作面煤层的开采,两侧顶板岩层中垂直应力分布表现为工作面前方出现应力升高区、峰值区和降低区,应力集中程度最大。煤层采出后,上覆岩层压力得到释放,在顶板产生一定深度的卸压区,其应力值仅有0.5 MPa。

全文阅读

0前言以新疆某煤矿为实际工程背景,运用数值模拟软件FLAC对急倾斜厚煤层在开采过程中顶底板运移规律进行了模拟研究,得到顶板“三带”分布情况,并为基于相似赋存条件的煤层开采提供了预防顶板事故的理论基础,也可以为瓦斯涌出路径研究提供理论基础数据。1工程背景情况+735西翼综放工作面位于副井以西290m起,至井田西翼边界,走向可采长度1240m,该面为中大煤层西翼首采面,进风巷水平标高+735m,回风巷(底板巷)标高+770m,工作面平均长度96m。本工作面走向长度1240m,倾向长度平均96m,煤层采放高度5~21m,煤体容重1.3t/m3,可采储量为245万t。本工作面属向斜构造北翼,地质构造相对简单。工作面坡度22~33,由东向西逐步加大。本工作面采用走向长壁斜切分层综采放顶煤采煤法,两巷超前预爆破弱化顶板及顶煤,全部陷落法管理顶板。2顶底板移动特征数值模拟分析2.1模型建立为研究工作面回采过程中顶板底板中的应力场、位移场分布情况,进一步得出顶底板中的三带发育情况,在模拟时,煤层平均厚度25m,沿工作面的倾斜方向设计计算模型,以更好地掌握回采期间工作面采空区上覆岩层、巷道围岩的活动变形情况。工作面的布置方式如图1所示。倾斜模型如图2所示,图2是基于图1中的B-B剖面建立的,该倾斜模型考虑了煤层倾角等影响因素。图1走向长壁工作面布置示意图L1.开切眼至工作面的距离L2.工作面长度单元划分时,选择图1所示的范围为快速拉格朗日分析的整体结构。在采空区上覆岩层中,靠近煤层的顶板岩石应力变化和位移变化相对急剧,单回风上山轨首上山上风巷进风巷L2BBA工作面L1开切眼AJ21/2屈服面aT强化面I10I1t-I1元划分相对密集些。沿模型走向上,各煤岩层视为均质各向同性体,均匀划分单元网格。图2+735工作面数值计算模型图工作面倾向为X方向,工作面推进方向为Y轴正方向,Z轴垂直向上。走向长度取100m,倾向取200m,Z轴方向取顶板岩层厚度45m,上边界被施以均布载荷,底板岩层厚度取40m。计算模型尺寸长宽高=200m100m240m,工作面围岩采用摩尔-库仑模型来反应这种本构关系,模型如图2所示。计算模型边界条件确定如下:(1)模型两侧为单约束边界,施加水平方向的约束,即边界水平位移为0(u=0),只允许边界节点沿垂直方向移动;(2)模型底部为全约束边界,即底部边界节点水平位移、垂直位移均为0(u=0,v=0);(3)模型的载荷边界条件,据模型埋深,按海姆假设,原岩自重应力作用在上部边界上,原应力y=H(1)式中岩土层平均密度,取=2.5t/m3;H地质模型上边界与地表的垂直距离,m。图3倾斜厚煤层斜切综放工作面开挖模型图回采空间的覆岩重量作为附加应力分布在煤层和其两侧回采工作面边缘。试验综放面开挖模型如图3所示。理想化的应力-应变曲线可如图4(a)所示。考虑体积应力的影响,故选择岩体力学中最常见的莫尔-库仑屈服准则,如图4(b)所示。(a)理想化的应力-应变曲线图(b)莫尔-库仑屈服准则图图4弹性-理想塑性Mohr-Coulomb屈服准则示意图拉应力封闭区I1t=T(2)屈服面f=aI1+J21/2-k=0(3)压应力封闭区I1t=I10(4)本构方程是由弹性流动法则建立的塑性应力与应变之间的关系dij=cepdij(5)式中cep与屈服准则相关联的弹塑性矩阵;、k屈服函数。、k由实验确定,通常用黏聚力C和内摩擦角来表示岩石强度特性,=sin(9+3sin2)1/2,k=3Csin(9+3sin2)1/2(7)T、I10拉力应力区的初始位置。计算莫尔-库仑

参考文献

引证文献

问答

我要提问