“三软”厚煤层顶底板破坏特征的数值模拟(无全文)

作者:张凤杰;高召宁;孟祥瑞 刊名:煤矿安全 上传者:

抱歉,该篇全文还没有人上传哦!我要 上传, 我要 求助

【摘要】淮南矿区"三软"煤层开采条件复杂。在"三软"6 m厚煤层一次采全高过程中,运用计算机FLAC数值模拟软件系统分析了随着工作面推进距离的增加,顶底板的垮落特征。工作面刚开始推进时,顶板的垂直位移范围要比底板大,但是底板的垂直位移最大值要大于顶板的垂直位移最大值。随着工作面的不断推进,顶板的垂直位移最大值逐渐接近并大于底板的垂直位移最大值,当工作面推进30 m时,顶底板的垂直位移相接近。现场生产时,应加强工作面前方煤壁的应力监测监控,防止煤壁大面积片帮,前期还应该注重底板的防治。

全文阅读

“三软”煤层即煤层软、顶板软和底板软[1],淮南矿业集团的13#煤层即为“三软”煤层,直接顶为砂质泥岩,直接底为泥岩或者砂质泥岩,其开采长期受到诸多因素的限制,例如顶板管理,支柱陷底,工作面煤壁片帮等等,以淮南矿业集团潘集一矿矿2141(3)工作面为例,运用FLAC3D数值模拟软件进行模拟,研究分析随着工作面的不断推进,顶板和底板的垮落特征[2-4]。1开采工作面地质条件2141(3)工作面为走向长壁开采,主采13#煤层,埋藏深度-616656m,煤层平均厚度5.54m,正常段厚为5.06.5m,直接顶为砂质泥岩,厚度4.35m,老顶为中细砂岩,厚度8.55m,直接底为砂质泥岩,厚度3.65m,走向长1382m,倾斜长为175m,煤层倾角为513,煤层结构简单。2模型建立及参数选取数值计算采用Mohr-Coulomb材料模型,此模型长宽高为250m175m150m。根据工作面地质条件和开采工艺,模型下部边界采用全约束边界条件,模型的上部边界定义为自由边界,不予约束。模型的左右边界定义为单约束边界,模型以上的基岩层及冲积层作为外载荷施加于模型的上边界上[5]。在模型中,垂直应力以上覆岩层的质量为主,经计算得12.5MPa,水平应力以地质构造应力为主,取垂直应力的1/2,即6.25MPa,施加于模型。数值模拟的结果很大程度上受岩体力学参数的影响,模型根据淮南矿区地质资料及岩芯的物理力学性质指标测试结果,并根据相关文献中的公式[6-7]和FLAC提供的弹性力学公式[8]换算,得出模拟的岩性参数见表1。表1工作面围岩物理力学参数名称体积模量/GPa剪切模量/GPa摩擦角/()内聚力/MPa抗拉强度/MPa密度/(kgm-3)中细砂16.220.733.06.455.602810泥岩5.32.425.411.501.132703细砂岩18.122.735.09.244.262650粉砂岩12.2315.635.43.504.412606砂质泥岩6.03.223.01.451.202619泥岩5.32.425.41.501.132703中细砂16.220.733.06.455.601400砂质泥岩6。03.223.01.451.202619中细砂16.220.733.06.455.602810砂质泥岩6.03.223.01.451.202619煤层1.350.8521.50.800.701400砂质泥岩6.03.223.01.451.202619泥岩5.32.425.41.501.132703粉砂岩12.2315.635.43.504.412606为了研究和了解随着工作面的推进,2141(3)工作面顶底板在开采过程的应力传播特点及其发展破坏过程,在模拟过程中,设计工作面模型分为4个不同的开采步骤,分别为工作面推进6、15、30、60、90m进行模拟。并且为了更好的了解2141(3)工作面推进过程中顶底板动态变化特点直观性,模拟过程中在工作面中央煤层层顶上方2m布置水平观测线,以观测推进过程中的煤壁前方应力变化;在不同步骤的采空区中央处布置垂直的观测线,以观测采空区的顶底板卸压情况。3数值模型结果分析3.1工作面开采后垂直应力分析结果从工作面开采后的垂直应力分布图(图略)中可看出,13-1煤层的2141(3)工作面开采时,工作面前方形成应力集中区,呈蝶形分布,随着工作面不断推进,应力集中区不断扩大至一定范围,集中应力影响范围在煤壁前方1070m处,其应力峰值范围在620m,当工作面推进90m时采场最大应力为21.7MPa。同时随着工作面的推进,工作面后方采空区

参考文献

引证文献

问答

我要提问