急倾斜煤层水平分段综放面开采扰动影响分析

作者:崔峰;来兴平;曹建涛;单鹏飞 刊名:采矿与安全工程学报 上传者:唐军文

【摘要】针对水平分段开采造成的持续性扰动作用运用数值模拟的方法进行分析,揭示本分段开采后和下分层开采后模型整体的塑性区、应力场和位移场分布特征,并重点分析了下分段巷道的围岩应力分布特点,最后通过现场监测分析掌握了实际开采过程中开采扰动的影响特点。结果表明:急倾斜水平分段工作面中,随着分段高度的加大上分段开采对下分段的影响逐渐减弱,下分段较大厚度的煤体起到了缓冲作用;下分段底板侧+518 m水平巷道(B3巷)岩石侧承受的压力较大,顶板侧即+518 m水平B6巷道岩石侧承受的压力较大,上分段开采对下分段的超前影响距离是10~20 m,下分段巷道受到开采扰动和采空区覆层介质垮落的影响,锚杆拉力变化滞后于工作面。

全文阅读

急倾斜煤层由于倾角较大的原因沿煤层倾向布置工作面难度较大,水平分段开采成为该类煤层的常用方式。该方法虽然提高了开采效率,同时也形成了多层的采空空间,在采空区松散介质的充填下,顶板岩层极易向采空区偏转、滑移,不利于覆岩结构的稳定;上部岩体的偏转在其根部容易形成应力集中,导致下分段煤体受压、屈服程度提高;由于顶煤厚度较大,通常采取爆破致裂的方式提高煤层的冒放性,这也使得本工作面及其下分段煤体受到持续性扰动。在上述影响综合作用下本分段煤体及下分段巷道受开采扰动的影响必须进行分析,掌握多阶段开采扰动结构下围岩变形及巷道支护结构的受力特点,为指导开采实践提供科学依据。针对地下矿产的开采扰动问题,多个学者进行了卓有成效的研究。谢和平等[1]分析了3种典型开采条件下工作面支承压力分布规律,获得3种开采扰动条件下煤体的采动力学行为,为本文综放开采条件下的扰动行为提供了借鉴。纪洪广等[2-3]利用现场高密度电法对地下开采扰动进行探测,并运用开采“三带”理论分析了地下开采扰动对覆岩不同区域的破坏特征。徐帅等[4]采用数值分析方法,分析了在地下分层开采扰动作用下地面高陡边坡的稳定性变化情况。王金安等[5]采用地表移动监测和离散元数值模拟,揭示了开采扰动下河床地表的移动规律和地层破坏特征及渗流路径。张立杰等[6]针对华亭煤矿急斜特厚煤层开采扰动极其频繁的问题,基于声发射的煤岩动力失稳行为实验与现场相关测试比较分析了动力灾害的原因。来兴平等[7-8]针对具有时间效应和后续开采扰动累积响应特征的西部矿区开采扰动区松软岩层变形及水下开采时的开采扰动进行研究,结合现场围岩变形和应力实测及其他多种实验和分析方法进行预计和评价。翟会超等[9]针对复杂多层采空区变形进行模拟分析并辅以钻孔监测提供裂隙发育程度。WuFaquan等[10]通过对钻孔图像的观测定量评估了开采扰动区。LiShouju等[11]利用位移、锚杆载荷和声波监测的综合手段分析了分步开挖的动力室扰动区范围。CaiMeifeng等[12]利用捕捉到的微震数据定量评估开采扰动区内裂隙的长度、密度和发育程度。PanPeng-zhi等[13]对涉及热-水-力耦合的核废料安置位置附近的扰动区发展过程问题进行了研究,作为比较全面的耦合分析对煤矿深部开采扰动的问题有借鉴意义。上述现场实测和数值模拟及与实验相结合的研究方法,为本文提供了较好的思路指引。但是上述大多是针对地下开采对地面及覆岩变形破坏的研究,对于急倾斜、水平分段综放开采条件下本分段开采扰动及致裂煤体的持续性爆破措施作用下工作面围岩应力、变形特点及其对下分段巷道的影响少有涉及,而事实上下分段巷道的开掘必然受到上分段的影响。基于以上分析,本文在分析急倾斜煤层开采技术条件及现场工作面布局特点的基础上,采用数值模拟的方法分析了开采不同分段时围岩的塑性区、应力场和位移的分布特征,并着重对下分段巷道围岩应力特点进行分析,最后对井下对应地点的支护结构受力进行监测记录,实现了数值计算和开采实践的结合,为后续工作面的开采设计方案及支护参数调整提供了参考。1数值模型构建1.1数值计算软件选择目前应用在采矿工程中的分析软件有Ansys,FLAC,RFPA以及其他离散元软件等,其中FLAC3D软件以能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形,可以模拟多种结构形式以及复杂的采矿工程及其与力学相关的问题。结合本研究需要对整体结构分析的特点,选用三维有限差分法计算程序FLAC3D进行数值计算与分析。1.2计算参数现场取样和岩

参考文献

引证文献

问答

我要提问